冥王星上氮循环在季节与天文时间尺度上的演化

冥王星的地形由其表面挥发性冰的循环所塑造。特别是，斯普特尼克平原（SP）冰盖展现出极为多样的地形，包括明亮与暗色的平原、凹坑、地形洼地以及近期与过去冰川流动的痕迹。在 SP 之外，新视野号还揭示了汤博区和中北纬地区存在大量 N2 冰沉积。这些观测表明了一段涉及不同时间尺度上挥发与冰川作用的复杂历史。我们给出了利用能够模拟数百万年（Myrs）尺度上 N2 循环的挥发物输运数值模型对冥王星开展的数值模拟，其中考虑了冥王星经历的黄赤交角与轨道参数的变化。结果表明，在一个黄赤交角周期内，SP 位于 25°S–30°N 之间的纬度以 N2 凝结为主，而 30–50°N 之间的纬度以 N2 升华为主。我们发现，在过去 2 Myrs 中，SP 北缘已有净 1 km 厚的冰发生升华。通过将这些结果与 SP 的观测地质特征对比，我们可以将凹坑的形成与冰的亮度归因于年际时间尺度上的冰通量，而其东缘的冰川流动及冰盖周边水冰山脉的侵蚀则归因于天文时间尺度。我们还采用冰川流动方案进行了模拟，表明 SP 目前处于其最小范围。我们还探讨了 SP 之外 N2 冰的稳定性。结果表明，它在两极并不稳定，而是在赤道区域（尤其是洼地中）稳定，厚层沉积可在被 SP 捕获前持续数十 Myrs。最后，另一关键结果是，在所模拟的 Myrs 时间内获得的最小与最大表面压强分别保持在 mm-Pa 与 Pa 量级。