科學家解開冥王星與泰坦「冰火山」噴發之謎

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北亞利桑那大學的研究團隊發現了一種全新噴發模式，證明極低溫也能引發火山式爆炸。博士生Shaelyn Raposa和研究夥伴Anna Engle在《地球物理研究期刊：行星》上發表的研究顯示，當化學物質在極寒條件下冷卻並結冰時，也可能發生壓力劇增並出現小型爆炸。這項發現改變了我們對火山活動的理解，尤其是適用於冥王星、土星衛星泰坦等寒冷星體的冰火山活動。

研究聚焦於冥王星和泰坦上那些在地球上通常以「氣體」形式存在的化合物，如氮、乙烷、一氧化碳和甲烷。研究團隊在實驗室將含氮、甲烷等物質冷卻至接近冥王星和泰坦表面的極低溫（約攝氏零下240至零下180度），發現隨著液態逐漸凍結，壓力驟然飆升並引發「冰爆（outburst）」。


什麼是冰爆現象？，當這些物質進入固化階段時，隨著液態逐漸被冰封，壓力瞬間飆升，甚至強烈到足以穿透固體，產生他們稱之為「冰爆」的現象。這種噴發過程與將汽水放在冰箱中膨脹爆裂的原理相似。

這一發現讓研究人員聯想到太陽系內一些不明噴發現象的成因。例如火星上的冰火山、土衛二和木星衛星歐羅巴上觀測到的冰泉噴發，或許都是由寒冷而非高溫引發的。Raposa指出，當溫度驟降時，化學物質相變引發的壓力可能會觸發這類「冷噴發（cryovolcanism）」。她表示，「我們通常認為火山活動與高溫有關，但事實證明，極低溫也可能造成類似噴發現象。」

跟你把可樂放在冰庫會爆裂的原理相同



泰坦（Titan）厚重的大氣層遮蔽了其表面的視野，導致我們看到的影像如中央的泰坦視圖一般模糊。
因此，天文學家使用紅外線技術來創造其外觀的視覺模擬圖像。圖片來源：NASA


在地球上模擬外星條件並不容易，這次研究得益於北亞利桑那大學天體物理材料實驗室的先進設備，利用氦冷卻器與3D掃描技術成功複製冥王星和泰坦的溫度。使用光譜儀，研究人員能精確記錄混合物從氣態轉為固態的相變條件，這類先進實驗不僅比送太空探測器到外星更經濟，還提供了重要的低溫噴發數據。Raposa表示：「送探測器去冥王星和泰坦非常昂貴，透過實驗模擬可以更有效地研究外星噴發的過程。」

這項發現讓科學家對太陽系的冰火山活動有了更深入的理解，也讓我們可以更準確地建立冥王星和泰坦的模型。這項研究不僅揭示了外星噴發的新成因，也說明了地球上極寒條件與外星寒冷環境的相似之處，使我們更接近解開宇宙中這些神秘噴發現象的真相。



資料來源 : 明日科學
https://tomorrowsci.com/spacescience/20241115_03/