在冥王星上，水冰筑成山脉，氮冰则会流动
冥王星的表面温度约为−226°C至−240°C。在这样的低温下，水冰坚硬得足以支撑山脉。氮冰却能在极其漫长的时间里像冰川一样流动；堆积得很厚时，它还会保持固态，缓慢地上下移动。New Horizons在2015年发现的山脉、冰川和多边形平原，正是不同种类的冰以不同方式活动后形成的。
冥王星的直径约为2,377km，大约是地球月球直径的三分之二。它与太阳的平均距离约为39AU，绕太阳一周需要248年。由于轨道较扁长，它与太阳的距离会在约30AU至49AU之间变化。随着环境改变，地表的一部分氮冰、甲烷冰和一氧化碳冰会变成气体，也会再次冻结，在地表与大气之间往返。
- 约2,377km 冥王星的直径
- 平均约39AU 约为地球到太阳距离的39倍
- 约153小时 冥王星自转一周所需的时间
- 约248年 冥王星绕太阳一周所需的时间
水冰形成山脉，氮冰像冰川一样流动
在New Horizons拍摄的图像中，冥王星有些山峰高达2–3km。氮冰和甲烷冰太软，无法长期支撑这样的高山，因此科学家认为山体主要由坚硬的水冰构成。红外光谱观测也在大片地区发现了水冰。有些地方的水冰被氮冰、甲烷冰和一氧化碳冰覆盖，因此它的光谱信号被遮住了。
即使在冥王星的低温下，只要时间足够长，氮冰也能像冰川一样变形。实际图像保留了它从高地流入低洼盆地、绕过障碍物的痕迹。水冰碎块的密度比周围的氮冰低，因此可以浮到氮冰表面。这些碎块聚集在斯普特尼克平原的边缘。
在冥王星上，同样被称为“冰”的物质，性质并不相同。水冰成为坚硬的地面，氮冰则像冰川一样流动并改变地表。
斯普特尼克平原的固态氮冰正在缓慢循环
心形的汤博区西部坐落着宽约1,000km的斯普特尼克平原。这个低洼盆地是一座巨大的冰川，以氮冰为主，同时混有甲烷冰和一氧化碳冰。平原表面排列着宽约16–48km的多边形区域，几乎看不到撞击坑。这说明它的表面在比周围多撞击坑地形更晚的时候，被新冰重新覆盖过。
这些多边形花纹可以用一个模型来解释：厚达数公里的固态氮冰正在极其缓慢地循环。下方略微受热的冰向上升，表面冷却的冰则移向多边形边缘并下沉。这并不表示氮已经变成液体或正在沸腾，而是说明看似坚硬的固态冰经过漫长时间也能移动，并用较新的冰覆盖地表。
撞击坑较少，说明这片地表比其他地形更晚发生变化。不过，单凭图像无法确定整片平原究竟何时改变，也无法判断各处是否以相同速度变化。
稀薄的大气来自地表冰
冥王星的大气主要由氮组成，也含有甲烷和一氧化碳。地表氮冰受到阳光照射，从固体直接变成气体时，大气会增多；温度下降后，一部分气体又会冻结在地表。因此，大气压不只由冥王星与太阳的距离决定。哪些地区受到阳光照射，以及地下保存的热量如何改变地表温度，也会产生影响。
New Horizons借助从冥王星背后透来的阳光观测大气时，看到了多层雾霾，一直延伸到离地表160km以上的高度。在高层大气中，紫外线会分解甲烷，形成多种碳氢化合物颗粒。这些颗粒沉降到地表后，成为使地表呈红褐色的部分物质。雾霾本身看起来偏蓝，是因为微小颗粒更容易散射蓝光。
冥王星远离太阳时，大部分大气可能会冻结，但仅凭距离无法预测何时发生，也无法知道最终会留下多少大气。2015年的近距离观测，只记录了248年公转周期中的一个时刻。要了解大气的长期变化，天文学家还需继续进行掩星观测，测量恒星光线穿过冥王星大气时发生的变化。
- 升华 受到阳光照射的部分氮冰和甲烷冰变成气体，为大气补充物质。
- 大气输送 气体扩散到其他地区，并在温度较低的地方再次冻结。
- 冰川流动 堆积的氮冰从高地缓慢移向斯普特尼克盆地。
- 固态对流 盆地内厚厚的氮冰上下循环，不断用新冰覆盖地表。
巨大的裂缝显示地下可能仍有海洋
冥王星上有绵延数百公里的巨大裂缝。如果整个天体曾经收缩，地表应该留下许多受挤压、起皱的痕迹。实际观察到的更明显痕迹，却来自冰壳被拉伸后开裂。地下水缓慢冻结并膨胀，或尚存的液态水向外推挤冰壳，都可以在模型中解释这些裂缝。
斯普特尼克平原所在的位置，也是地下海洋可能存在的一条线索。如果盆地下方仍有液态水，或厚厚的氮冰使这里比周围更重，那么冥王星在旋转时，盆地可能移动到了今天的位置。不过，目前没有轨道探测器详细测量过冥王星的重力，也没有在那里测量过地震波。因此，地下海洋是能够解释多种地貌的有力模型，并不是已经直接发现的水层。
人类只有一次近距离细看冥王星的机会
New Horizons于2006年发射，并在2015年7月14日从距离冥王星表面约12,500km处飞过。直到现在，它仍是唯一近距离探测过冥王星的航天器。它用相机、光谱仪和粒子探测器收集了约6.25GB的数据，将这些数据全部传回地球花了15个多月。
这次飞掠详细展示了一个半球的地形和大气结构，却无法测量同一地区如何随季节变化。地下海洋是否存在、氮冰层究竟有多厚、大气压如何长期变化，仍主要依靠间接证据。只有让轨道探测器长期环绕冥王星，在多个时间点观测地形、重力和大气，才能更准确地回答这些问题。
矮行星的地表也能不断变化
按照国际天文学联合会2006年的定义，冥王星被归为矮行星。这个名称只是划分绕太阳运行天体的一项标准，并不表示冥王星是一颗静止不变的冰球。水冰山脉高高耸立，氮冰川缓慢流动，地表冰还会与大气交换物质。New Horizons证明，即使是小而极冷的天体，地貌也可能持续改变。
资料来源
- NASA Science — Pluto Facts
- NASA Science — New Horizons
- NASA — Pluto’s Heart: Like a Cosmic “Lava Lamp”
- NASA — New Findings Shape Understanding of Pluto and Its Moons
- NASA — New Horizons Discovers Flowing Ices on Pluto
- NASA — Pluto’s Widespread Water Ice
- NASA Science — Pluto at Twilight
- NASA — Scientists Probe Mystery of Pluto’s Icy Heart