冥王星和冥卫一独特的自然环境 大气层富含氮 有可能孕育生命

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大多数海外天体的性质鲜为人知。冥王星和它的卫星冥卫一(Charon)足够大，与地球的距离足够近，所以几十年来，人们一直通过望远镜对其进行研究。在冥王星的光谱上已经探测到冰冻的氮、甲烷和二氧化碳。最清晰的望远镜图像显示，冥王星上的暗斑可能是富含托林的残留物。冥王星的密度表明，岩石必须占其总质量的70%左右，所以冥王星的内部很有可能有一个岩石内核。

而这些岩石很可能分化出了一个富含铁的坚硬内核，其上覆盖着一层主要由水冰构成的幔，再上面覆盖着一层挥发性更强的壳。 冥王星位于近日点附近时(最近一次位于近日点附近发生在1989年)会有一个富含氮的大气层，密度可能比海卫一的大气层还要大。冥王星的引力是非常弱的，假想它有一个包裹着99%大气的外壳，这个外壳会延伸到其表面上方300千米处；对地球来说，这样的大气延伸的等效高度只有40千米。冥王星将在2113年到达远日点。

在其与太阳的距离从近日点的45亿千米增加到远日点的74亿千米的过程中，冥王星的大部分大气预计会凝结到其表面上。遗憾的是，我们错过了在近日点近距离研究冥王星的机会。美国国家航空航天局的新“地平线”号(Horizon)探测器将于2015年飞越冥王星，届时，大部分冥王星大气层可能已经凝结，并将其表面“永久”隐藏在季节性氮冰之下。

冥王星的自转周期为6.4天，与它最大的卫星冥卫一的公转周期相同，与此同时，冥卫一也在同步自转。这种关系是强潮汐的结果，意味着冥王星和冥卫一永远以同样的一面面向对方。冥卫一在大小和质量上与冥王星比例接近，比其他任何行星或矮行星与自己最大卫星的比例都要大。冥卫一的质量大约是冥王星的12%，它的轨道距离冥王星中心只有17个冥王星半径。

相比之下，月球的质量仅为地球的1.2%，轨道半径为60个地球半径。冥卫一离冥王星很近，这解释了为什么它直到1978年才被发现。冥王星的两颗较小的卫星冥卫二(Nix)和冥卫三(Hydra)是在2005年被发现的，它们的轨道在冥王星的轨道平面上，与冥卫一形成接近4∶1和6∶1的轨道共振。 在冥王星表面看到的冥卫一的大小，等于在地球上看到的月球的大小的8倍。

由于冥王星和冥卫一的相对质量非常接近，它们的共同质心(“重心”)不在冥王星内部，而在两个天体之间的空间点上。尽管已经知道了像(90)休神星这样的双小行星，还有像2001QW332(直径为200千米的双生子)这样的双柯伊伯带天体，但是冥王星和冥卫一依然是大到足以算作行星或矮行星的天体中，体量最为接近的一对。 冥卫一的表面主要是水冰和微量的氨。它的密度比冥王星小，但仍然足以形成一个坚固的岩石内核。冥卫一可能是一个相对平淡的、布满陨石坑的星球，而冥王星可能会像其表面物质多样性所显示的那样，通过地质活动给我们留下深刻的印象。

可能还有一点能让冥卫一比冥王星更引人注目，那就是冥王星的轴倾角是119.6°(大于90°意味着它的自转是逆行的)，而冥卫一的轨道正好在冥王星的赤道平面上，因此，相对于它们围绕太阳的联合轨道而言，冥卫一的轨道有很大的倾斜度。冥卫一受到的来自太阳和冥王星的竞争性潮汐拉力足够强大，可能在冥卫一冰幔内的某处引发融化。如果是这样的话，未来就有趣了。

冥卫一有一个类似于木卫二的表面，在冥卫一表面之下甚至还有一个潜在的孕育生命的海洋。迄今为止，我们取得的最好的提示来自2007年获得的红外光谱。通过这些红外光谱，我们发现，冥卫一表面的水冰仍处于原始的水晶体形式，而不是冰的无定形亚微观状态，这种状态暴露在太阳紫外线辐射和宇宙射线轰击下的时间已经超过数万年。冥卫一的间歇泉能对此作出最简单的解释。像土卫二上的羽状物那样，冥卫一的间歇泉会从内部喷射出新鲜的冰。