谷神星上的冰雪在哪里

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-12-25 19:13:56 | 作者:Melipal 译 | 来源:NASA | 浏览:963次 ]

原文标题:Where is the Ice on Ceres? New NASA Dawn Findings

作者:Elizabeth Landau   原文来自:NASA   Posted: 2016. 12. 15

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

乍看上去,小行星主带中最大的天体——谷神星可能并非冰态。NASA的黎明号探测器传回的影像展现了一个环形山密布的暗色星球,其上最明亮的区域是高反照率的盐分,而非冰雪。但黎明号的科学家新近发表的研究表明,两个明显的证据链说明,在这颗矮行星表面上或表面附近存在冰态物质。研究者在旧金山召开的美国地球物理学联合会会议上公布了这些发现。

NASA的黎明号探测器确定出了谷神星地表最上一码(一米)深处氢的成分。图中蓝色表示氢含量较高的区域,这里位于星球两极;而红色表示低纬度区域氢含量较低。大图与说明文字请点击(图片提供:NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI)

来自加州帕萨迪那(Pasadena)NASA喷气推进实验室的黎明号副首席研究员卡罗尔·雷蒙德(Carol Raymond)说:“这些研究支持这样一个观点,也就是在谷神星历史的早期,冰态物质即已同岩石分离,形成了富含冰的地壳层,而在太阳系的整个历史中,冰态物质都保持在地表附近。”

其他行星级天体上的水冰很重要,原因是如我们所知,这种物质是生命重要的组分。雷蒙德说:“我们可以经由寻找在遥远的过去富含水分的天体,来发现早期太阳系中生命可能存在于何方的线索。”

这段由NASA的黎明号探测器拍摄的动画展示了谷神星上一座永远都会有部分区域落在阴影中的环形山。这样的环形山叫做“冷阱”。黎明号的结果表明,水冰可以在很长的时间内被保存在这样的区域中。大图与说明文字请点击(图片提供:NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

谷神星上的冰雪无处不在

根据《科学》杂志上刊登的一篇新论文的结果,谷神星最上层的地表富含氢元素,而且氢元素在中高纬度区域更加富集,这与大面积的水冰分布特性相符。

来自亚利桑那州图森市(Tucson)行星科学研究所的黎明号伽玛射线与中子探测器(GRaND)首席研究员托马斯·普雷蒂曼(Thomas Prettyman)说:“在谷神星上,冰态物质并非局部分布在少数环形山内,而是无处不在,而且在纬度较高的区域更为靠近地表。”

研究者利用GRaND仪器来确定了谷神星地壳最上一码(一米)处氢、铁和钾元素的分布。GRaND测量的是谷神星发出的伽玛射线和中子的数量和能量。当银河系宇宙线与谷神星地表相互作用时,就会释放出中子。其中的一些中子被吸收到地表之下,而其他会逃逸出来。由于氢元素会让中子减速,氢越多,则逃逸的中子越少。在谷神星上,氢元素可能是以冻结水分(水分子由两个氢原子和一个氧原子组成)的形式存在的。

研究者发现,谷神星上的冰并非坚实的冰层,而很可能是岩石物质组成的多孔状混合物,冰体填充在孔洞中。GRaND的数据表明,混合物中含有质量约占10%的冰。

这张插图展示了理论上一个水分子在谷神星上走过的路途。一些水分子落入了寒冷阴暗的环形山“冷阱”中,而很少的冰体转化成了水蒸汽,其耗费的时间甚至需要10亿年。大图与说明文字请点击(图片提供:NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

普雷蒂曼说:“这些结果验证了将近30年前的猜测,也就是说冰态物质可以在谷神星地表之下很浅的地方存在数十亿年。这些证据增强了其他主带小行星近地表水冰存在的可能性。”

谷神星内在生活的线索

铁、氢和钾元素的集中提供了进一步的证据,说明覆盖着谷神星的最上层物质曾经被谷神星内部的液态水体变更过。科学家提出的理论认为,谷神星内部放射性元素的衰变产生了热量,驱动了这种变迁过程,让谷神星分层为岩质的内部与冰态的外壳。冰与岩石的分离可能会导致谷神星表面和内部化学组分的差异。

由于碳粒陨石也会因水分而发生变化,科学家很有兴趣将其与谷神星作对比。这些陨石可能是来自较谷神星为小的天体的,但这些天体上拥有有限的水流,因此它们可能会提供谷神星内部历史的线索。发表在《科学》杂志上的这项研究表明,谷神星上的氢元素较这些陨石为多,但铁元素更少,原因可能是较致密的粒子下沉,而富含盐水的物质上升到了地表。或者谷神星或其上的组分可能是在太阳系中较陨石不同的区域形成的。

永恒阴影内的冰体

另一项由德国哥廷根市(Gottingen)马克斯—普朗克太阳系研究所的托马斯·普拉茨(Thomas Platz)领导、发表在《自然天文学》上的研究焦点是谷神星北半球永远处在阴影中的那些环形山。科学家详细考察了数百座冰冷而阴暗的环形山,也就是“冷阱”。这些环形山的温度不足零下260华氏度(110开尔文),温度极低,因此在10亿年间,只有极少的冰会转化为水蒸汽。研究者发现,这其中的10座环形山中沉积着明亮的的物质。在其中一座被太阳局部照亮的环形山中,黎明号的红外成像光谱仪证实了冰的存在。

这说明水冰可以被保存在谷神星上又冷又暗的环形山中。先前人们在水星以及月球上的少数地方发现了冷阱中的冰体。所有这些天体相对其自转轴的倾角都不大,因此其极地极端寒冷,散布着一直处在阴影中的环形山。科学家相信,陨击天体可能为水星和月球带来了冰。不过谷神星冷阱中的冰体起源更加神秘。

来自夏威夷大学的合作者诺伯特·肖格霍弗(Norbert Schorghofer)说:“我们感兴趣的是这些冰是如何来到这里,并且保存了如此长的时间的。它们可能是来自谷神星富含冰的地壳,或者是从外太空带来的。”

无论起源如何,谷神星上的水分子做到了从较温暖的地区迁移到极地。先前的研究(如赫歇尔空间天文台在2012年到2013年间对谷神星的水蒸汽进行的观测)已经提出,这里会拥有稀薄的水蒸汽大气。离开地表的水分子会落回谷神星,可能会降落在冷阱中。每次迁移都有可能让水分子迷失在太空中,不过其中的一部分落到了冷阱内,并在这里积累起来。

“亮斑”的名字

谷神星最明亮的地区位于北半球的奥卡托(Occator)环形山内,这里明亮的原因并非冰雪,而是由于高反照率盐分的存在。位于柏林的德国航空航天中心(DLR)制作的一段新视频模拟了飞越这座环形山并探索其地形的场景。奥卡托明亮的中心区域包括一座带有裂隙的穹顶山,最近这里被命名为塞雷利亚斑(Cerealia Facula)。环形山中央偏东处成群的较暗斑块被命名为维纳利亚斑丛(Vinalia Faculae)。

来自DLR的行星科学家兼黎明号合作研究员拉尔夫·尧曼(Ralf Jaumann)说:“奥卡托环形山独特的内部可能是由一种组合过程形成的,我们正在对此进行调查。塑造这座环形山的陨击事件可能诱发了谷神星内部液体的上涌,由此留下了盐分。”

黎明号接下来做什么

7月,黎明靠开始了延展任务,当前正在距离谷神星超过4500英里(7200千米)的椭圆轨道上运行。在主任务期间,黎明号环绕谷神星以及原行星灶神星运行,并完成了所有原定的目标。探测器在2011年7月到2012年9月间环绕了后者运行。

黎明号探测器由JPL为华盛顿的NASA科学任务理事会管理。黎明号是阿拉巴马州亨茨维尔(Huntsville)的NASA马歇尔太空飞行中心为理事会管理的发现(Discovery)计划的一部分。加州大学洛杉矶分校负责黎明探测器的全局科研。弗吉尼亚州杜勒斯市(Dulles)的轨道科学公司(Orbital Sciences Corp)设计并建造了探测器。德国航空航天中心、马普太阳系研究所、意大利空间局以及意大利国家天体物理研究所是该项目小组的国际合作伙伴。更多关于黎明号的信息请访问http://www.nasa.gov/dawn。项目全体参与者的完整列表请访问::http://dawn.jpl.nasa.gov/mission

更多关于黎明号的信息请访问:http://dawn.jpl.nasa.govhttp://www.nasa.gov/dawn

(全文完)

Tags:谷神星 黎明号

责任编辑:Melipal

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