应北京大学“大学堂”顶尖学者讲学计划的邀请，美国国家科学院院士、英国皇家学会院士、美国地球物理学会会士、加州大学圣克鲁兹分校Francis Nimmo教授于2024年6月初访问北京大学，发表学术演讲，与北大师生进行圆桌讨论，并与青年学者进行一对一学术交流。本次活动由北京大学地球与空间科学学院、国际合作部共同举办，光华教育基金会提供资助。

6月5日上午，Nimmo在北京大学中关新园科学报告厅进行了题为“Probing the interiors and evolution of icy bodies（冰冻天体的内部与演化探测）”的学术报告。本次活动由北京大学主办，吸引了众多师生前来参加，包括北京大学、中国地质大学、中国科学院地质地球物理研究所、中国科学院国家空间科学中心、中国科学院地球化学研究所、南方科技大学、麻省理工学院、北京师范大学等单位的100多位学者、学生现场参加了讲座，另有170多位学者通过线上方式参加。讲座由北京大学地球与空间科学学院法文哲研究员主持。在开场致辞中，法文哲介绍了Nimmo的职业生涯与参与的行星探测计划，重点介绍了Nimmo在太阳系固体天体表面与内部的起源与演化方向的杰出贡献。

Nimmo作报告

Francis Nimmo从太阳系天体的多样性切入，介绍了太阳系天体特别是冰卫星与海王星外天体的多样性，并指出不同的初始条件、演化过程和随机事件是天体多样性的可能原因。进一步，Nimmo从物理过程、化学过程两方面概括了影响天体演化的主要因素，引出了报告的主题：太阳系哪些天体可能存在海洋？这关乎行星科学重要的基本问题——生命形成条件。

在讲座的主体部分，Nimmo教授以冥王星（Pluto）、阋神星（Eris）和泰坦（Titan，土卫六）为例，讲述了如何结合观测和理论模型对这些冰冻天体的内部结构与演化历史进行约束。Nimmo介绍了对冥王星内部海洋的研究成果，他指出冥王星与卡戎的潮汐和旋转力矩可引起冥王星自转轴的重定向，可以解释冥王星表面Sputnik平原目前的位置，但需要该平原具有正重力异常特征。Nimmo发现如果冥王星有冰下海洋，则由于冰壳变薄和海洋抬升以及后续适度的氮沉积，自然会产生正重力异常，并且冥王星表面观测到的伸展构造也指示冰下海洋的存在。冥王星的冰下海洋可能含有氨等抗冻剂，以维持海洋的长期存在。

Nimmo还介绍了对阋神星内部性质的研究进展。阋神星与阋卫一的潮汐锁定以及阋卫一较小的质量表明，阋神星具有很高的潮汐能量耗散，其内部不可能是未分异的冰-岩石混合物。阋神星演化早期很可能出现过显著融化，并且内部现在仍然较温暖，但不一定具有海洋。Nimmo进一步比较了冥王星和阋神星的区别：阋神星内部的耗散更高，比冥王星更富集岩石；阋神星外冰壳具有热对流，冥王星只有传导，二者将热量从内部传输到表面的方式不同。因此，冥王星可能具有内部海洋，阋神星可能没有内部海洋，可能是阋神星在产生阋卫一的撞击过程中损失了更多的氨等冰物质。阋神星对流冰壳的可塑性可能无法支撑像冥王星表面Sputnik平原那样的大尺度地形，这也解释了阋神星的低幅度光变曲线。

报告现场

报告中，Nimmo介绍了土星系最大的卫星——泰坦。泰坦的大小与水星相当，具有较大的轨道偏心率，可能由含量相近的岩石和冰组成。进一步研究表明，泰坦的自转倾角明显高于理论推测值，由于自转倾角受力矩和卫星自身的转动惯量影响，这表明泰坦的壳层与内部是分离的，很可能存在地下海洋。

报告的最后，Nimmo总结了对冥王星、阋神星和泰坦内部结构的现有认识，概述了撞击作用、潮汐加热、抗冻剂、热液蚀变等物理、化学过程对冰冻天体内部海洋演化进程的影响。Nimmo指出，未来的深空探测任务、地基观测和行星科学的理论发展将有助于进一步揭开冰冻天体内部结构的神秘面纱，并着重强调了我国正在论证中的天问四号木星系探测任务的重要意义。

报告结束后，北京大学物理学院大气与海洋科学系胡永云教授代表北京大学向Nimmo教授赠送纪念品，感谢他带来的精彩报告，以及对北京大学行星科学学科发展的关注与支持。

胡永云代表北京大学向Nimmo赠送纪念品

在问答环节，各学者、学生就报告内容进行了提问，Nimmo逐一详细回答了现场师生的问题，并给予了提问者充分的肯定和鼓励。报告结束后，意犹未尽的同学们又围着Nimmo展开了热烈讨论。

现场问答环节

下午，Nimmo在北京大学英杰交流中心星光厅与来自地空学院和物理学院的20余位老师和学生进行了圆桌讨论，讨论主题为如何提升北京大学行星科学的发展。同时，Nimmo热心回答了师生提出的其它问题，并给出了中肯建议。

主讲人介绍：

Francis Nimmo于1993和1996年在英国剑桥大学获得学士和博士学位，目前是加州大学圣克鲁兹分校的行星科学家。他曾参与了圣杯号、卡西尼号、新视野号和洞察号行星探测任务，是欧罗巴快船任务中4个载荷的科学团队成员。他发表了200多篇关于固体行星内部和动力学的论文。他于2007年获得美国地球物理学会Macelwane奖和美国天文学会行星科学Urey奖，2007年当选美国地球物理学会会士，2020年当选美国国家科学院院士，2024年当选英国皇家学会院士。他是2023—2032年行星科学和天体生物学10年调查指导委员会成员，共同领导了天王星轨道器和探测器10年调查。Nimmo以自身的经历和研究为大家展示了行星科学的魅力，以及追求创新的科学态度。

专题链接：大学堂顶尖学者讲学计划