#这篇没脸加“速报”标题了，因为被拖延症患者生生拖成了旧闻#

除了萌萌的心形之外，冥王星上最让人不解的地貌应该就是蔓延了半个赤道的暗红色区域了。关于这些暗红色物质究竟是如何形成的，东京大学関根康人（Sekine Yasuhito） 的团队最近给出了一个有意思的解释。他们认为这些暗红色区域可能来自于冥王星诞生初期的一次大型撞击，这一撞击同时还产生了冥王星最大的卫星冥卫一（Charon）。这一成果发表于 2017 年 1 月 30 日的 Nature Astronomy（The Charon-forming giant impact as a source of Pluto’s dark equatorial regions）并上了 2017 年 2 月 2 日的 Nature highlights 推荐（Pluto's dark equator explained）。

（图：冥王星的暗红色区域（左）和冥卫一（右） Methane Snow on Pluto’s Peaks 和 Pluto’s Big Moon Charon Reveals a Colorful and Violent History）

这一区域目前被暂时性地称为 Cthulhu Regio，得名于美国小说家霍华德·菲利普·洛夫克拉夫特所创造的克苏鲁神话中的邪恶支配者克苏鲁（Cthulhu），长着章鱼的头和触手、龙的鳞片和翅膀。

（图：改编自 Pluto’s Subtle Global Stripes: Key to Charon’s Origin 和 Cthulhu | Wikiwand）

过去的研究显示 Cthulhu Regio 的暗红色是有机物所致，且该处的壳层富含水（Stern et al., Science, 2015; Grundy et al., Science, 2016）。很多表面过程都可能产生这种暗红色的有机物，如表面水冰的辐射分解和光分解（radiolysis and photolysis）（Materese et a., 2015），彗星撞击带来（Bottke et al., 2013）等等，但这些都不能解释为什么产生的暗红色有机物仅仅分布在赤道区域。

——会不会是因为赤道这块曾经发生过一次大撞击，撞击的高温产生了这些深红色有机物呢？这么大的撞击，撞击物之后跑哪儿去了？冥卫一不也是撞击产生的么？如果把这些串起来……

作者内心 OS：等等，我貌似想到了什么不得了的 idea！好的让我们来验证它~

• 第一步：实验——如果冥王星被撞击加热，能不能形成暗红色物质？

对简单有机物（甲醛、乙醇醛、氨）的水溶剂持续加热，发现温度 50℃ 以上，加热时间  量级以上，其聚合作用完全可以形成类似 Cthulhu Regio 区域颜色的更复杂的、暗色有机物。

也就是说，原形冥王星（proto-Pluto）表面应当原本就有大量彗星撞击带来的简单有机物（如甲醛、乙醇醛、氨等等，这些都是我们从已有的彗星光谱数据中经常发现的有机物种类），之后，一次大撞击产生的热给壳层的液态水加温，形成了一个“天然反应池”，简单有机物在水中形成了 Cthulhu Regio 区域的暗红色有机物。

• 第二步：数值模拟——形成冥卫一的那次大撞击能不能够提供那么多热量？

通过对撞击过程的数值模拟表明，如果要形成冥卫一那么大的卫星，所需的撞击物的质量应当有冥王星的 0.35 倍，撞击速度为 1.1 倍的冥王星逃逸速度（约 1km/s），两者的总角动量约为如今的冥王星 - 冥卫一双星系统的 1.05 倍，当时的撞击物和原形冥王星都还未经历热分化（还没分层），内部温度在 150-200K  之间。

↓ 计算机模拟的大撞击形成冥卫一的过程，每幅大图是两者的所在平面的俯视图，小图是冥王星赤道面的平视图

撞击后产生的冥卫一质量为冥王星的 0.132 倍，轨道半长轴

，离心率 0.07。这么大的撞击物撞向赤道产生的热量可以使赤道区域从表面到地下 200km 深被加热到 50℃ 以上。

也就是说，如果要形成冥卫一那么大的卫星，其撞击产生的热量足以加热冥王星赤道区域然后产生这些暗红色有机物。

证毕。

• Stern, S. A. et al. The Pluto system: initial results from its exploration by New Horizons. Science 350, aad1815 (2015).
• Grundy, W. M. et al. Surface compositions across Pluto and Charon. Science 351, aad9189 (2016).
• Materese, C. K., Cruikshank, D. P., Sandford, S. A., Imanaka, H. & Nuevo, M.
  Ice chemistry on outer solar system bodies: electron radiolysis of N2-, CH4-,
  and CO- containing ices. Astrophys. J. 812, 150 (2015).
• Bottke, W. F., Vokrouhlický, D., Nesvorný, D. & Moore, J. M. Black rain:
  the burial of the Galilean satellites in irregular satellite debris. Icarus 223,
  775–795 (2013).

PS：这一成果最早发表于 2015 年 10 月日本秋季演讲大会的口头报告，当时只是初步实验结果，笔者刚好有幸聆听了那次报告，也是缘分，这里总结一下，算是有始有终吧。作为一个 researcher，関根老师颇有点洒脱不羁，当时的报告上说这一 idea 的缘起是他和别人的 Line（相当于日韩版的微信）聊天，然后 ppt 上就放了 Line 聊天页的截图 orz……看看他东大的个人主页（Yasuhito SEKINE's page）：