证实彗星上的暴露水冰

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-01-26 21:53:09 | 作者:Melipal 译 | 来源:ESA | 浏览:1734次 ]

原文标题:Exposed ice on Rosetta’s comet confirmed as water

原文来自:ESA   Posted: 2016. 1. 13

编译:Melipal     审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

罗塞塔号在2014年抵达目标彗星后不久进行的观测提供了确切的证据,说明了水冰的存在。

因霍特普(Imhotep)地区的水冰红外观测。图片版权:彗星图像:ESA/Rosetta/NavCam–CC BY–SA IGO 3.0; VIRTIS图像与数据:ESA/Rosetta/VIRTIS/INAF-IAPS, Rome/OBS DE PARIS-LESIA/DLR; G. Filacchione et al (2016)

虽然67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星流出的主要气体是水蒸汽,但大多数水冰据信来自彗星地壳的下方,而人们只在地表找到了非常少的几处暴露水冰案例。

然而对罗塞塔号VIRTIS红外仪器的详尽分析揭示出了彗星最上一层物质的组分:它主要包裹着一层富含有机物的暗色干燥物质,不过其中也混有少量水冰。

这项最新的研究集中分析了2014年9月到11月间进行的扫描观测。小组证实,在因霍特普地区,两处宽数十米、在可见光下呈明亮斑块状的区域确实含有大量的水冰。

水冰与崖壁和下落的碎片成协,当时的平均温度大约是零下120摄氏度。

研究者发现,在这些区域,在每个像素的采样区中,纯净的水冰占大约5%左右,剩下的由暗色的干燥物质组成。水冰的丰度是通过比较罗塞塔号的VIRTIS红外测量与模型而计算出的,模型考虑了不同尺度的冰粒在一个像素之内可能的混合情况。

数据揭示出了两类不同的颗粒族亲,其中一类的直径是数十微米,另一类更大,直径2毫米左右。

因霍特普地区的水冰。图片版权:ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0

另一项研究中,VIRTIS的观测表明,彗星“颈部”的哈皮(Hapi)地区存在直径只有数微米的极小颗粒,这与新的发现形成了鲜明对比。

吉安里科·菲拉乔尼(Gianrico Filacchione)说:“彗星地表不同的冰粒族群说明了不同的形成机制,以及形成过程的不同时标。”菲拉乔尼是相关论文的第一作者,文章发表在《自然》杂志上。

在哈皮地区,非常小的颗粒是与薄薄的“霜”层相关的,这层冰霜是每日冰雪循环的一部分,也是在彗星区区12小时的自转周期内该区域快速凝结的结果。

菲拉乔尼说:“作为比较,我们认为,在因霍特普地区所见的毫米级较大颗粒有着更为复杂的历史。它们可能是随着时间推移缓慢形成的,只会在侵蚀作用下偶然暴露出来。”

假设地表冰粒的典型尺寸是数十微米(这是根据其他彗星以及罗塞塔号的目标彗星推知的),那么观测到的毫米级颗粒就可以通过次级冰晶的生长来解释。

这一过程发生的一个途径是“熔结”,它可以让冰粒压紧粘结在一起。另一种途径是”升华“,来自太阳的热量穿透地表,诱发了地下冰层的彗发。虽然由此产生的一些水蒸汽可能会从彗核逃逸出去,但相当大比例的水蒸汽却会再度凝结于地表之下。

这一观点得到了地面实验的证实,这些实验模拟了埋藏在尘埃之下的冰层被上方的阳光加热之后的升华行为。

这些检验证明,期间释放的80%以上的水蒸汽并不能穿透尘埃层,而是会在地表之下重新沉积起来。

升华过程所需的额外能量还可以由分子水平水冰结构的变化来提供。在彗星的低温环境下,无定形冰可以变为结晶冰,并在该过程中释放出能量。

VIRTIS的首席研究员法布里齐奥·卡帕齐奥尼(Fabrizio Capaccioni)说:“冰粒的生长可以在地下形成数米厚的富冰层,随后这样的富冰层可以影响大尺度结构、多孔程度以及彗核的热性质。

“我们在地表附近看到的富冰薄层可能是彗星活动与演化的结果,这说明了全球性成层现象不一定是发生在彗星形成史的早期的。”

ESA的罗塞塔号任务科学家马特·泰勒(Matt Taylor)说:“了解彗星有哪些特征是在形成之后就留下的,哪些是在演化过程中出现的,这有些挑战。不过这是我们要在近距离研究彗星的研究:我们要尝试发现在彗星一生的不同阶段内哪些过程是重要的。”

罗塞塔号的科学家正在分析探测器随后在彗星于2015年中期接近太阳时采集的数据,以了解当热量增加时彗星表面暴露水冰数量的变化。

编者注

G·菲拉乔尼等人的论文《67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗核上的暴露水冰》发表在《自然》杂志上。

(全文完)

Tags:彗星 水冰

责任编辑:Melipal

本周热点

在新窗口打开 实际大小 关闭 鼠标滚轮缩放图片

loading.