在火星和木星之间黑暗的小行星带中漂移的一个亮点,随着天文学家对它了解的越来越多,矮行星谷神星变得越来越有趣。最近,科学家们宣布,美国国家航空航天局(NASA)的黎明号(Dawn)飞船在围绕谷神星(Ceres)的轨道上首次发现了那里的水冰,这进一步证实了在这颗矮行星表面坚硬的外壳下隐藏着液态海洋的可能性。
两年前,当“黎明号”探测器在接近谷神星时探测到地面上升起的水柱时,它发现了水至少在这颗矮行星表面短暂存在的迹象。小片的液态水不应长久矮行星地壳,气温导致冰迅速从固体变成气体,因此科学家们得出结论,喷雾来自浅冰在表面或从深层地幔层涌了出来,这被认为是由冷冻水冰,在这一过程称为冰火山。但是,如果这些羽状物来自其下,它们可能表明地幔是液体而不是冰。美国地质调查局的行星科学家蒂莫西·提图斯说:“如果我们有液态水,我们还会有生命吗?”“这是这些羽状物中最令人兴奋的事情之一,它们可能成为潜在的外星生物目标。”
当“黎明”号接近这颗矮行星时,它在表面发现了一些明亮的物质点,杏耀这使人们对发现冰有了更大的希望。进一步的观察揭示了盐的特征,这些盐很可能是在过去某一时刻含有它们的冰跃变成气体时留下的。就像这些羽状物一样,这些带盐的冰物质也可能起源于液体海洋,或者是在一次撞击磨损了表面后由冰升华形成的。
但是当宇宙飞船最终在去年春天到达谷神星时,它发现了一个远不如许多人希望观察到的那么活跃的地方。“黎明”号在到达后还没有发现其他的羽状物,而且这些亮点集中在一个区域。然而,两周前,“黎明”号团队成员、熊战研究所的让-菲利普·科姆在月球与行星科学会议上宣布,“黎明”号已经看到谷神星上存在水冰的确凿证据。利用“黎明”号的可见和红外测绘光谱仪(VIR), Combe和他的同事们通过将宇宙飞船的红外信号反射到谷神星表面和背面来探测谷神星表面的百万分之几米。通过研究顶层是如何吸收红外光的,科学家们确定在一个名为Oxo的陨石坑的斜坡上有一块水冰。
“在Oxo观测到的光谱特征暗示了冰的存在,”Paul Hayne说。虽然他不是Combe团队的一员,但是NASA喷气推进实验室的行星地球科学家Hayne对冰世界很熟悉,并且已经在谷神星上模拟了冰的特征可以持续多长时间。如果冰在暴露后仅能存活几分钟甚至几年,那么“黎明”号的探测将是非常幸运的,或者冰应该会不断地泄漏到表面,尽管在近一年后还没有发现其他样本。
海恩发现谷神星上的冰的寿命不仅取决于它离冷极的距离,还取决于这种物质的厚度和亮度。与之前的预期相反,谷神星表面的冰可能会持续数千年——虽然只有很短的地质和天文时间,但也足以让黎明号不必在冰暴露的那一刻经过。海涅说:“如果它更像是一块冰或暴露出来的冰冷的基岩,那么(时间尺度)更像是一千年。”
那么冰是从哪里来的呢?Combe报道说,Oxo的冰位于火山口边缘,位于指向谷神星北极的下坡上。这个陨石坑已经存在了大约800万年,比地表其他地方的冰存在的时间要长得多,所以当一个物体撞击谷神星时,这些冰不可能被凿出来,从而形成了这个陨石坑。根据Oxo内部的山体滑坡特征,Combe认为要么是斜坡上的物质自己松动了,要么是较小的撞击触发了运动,露出了下面的冰。因为Oxo很小,而且没有低温火山活动的迹象,所以Combe认为水不太可能来自液态的海洋地幔。亚利桑那州立大学的马克·奈芙(Marc Neveu)在冰天雪地上研究过低温火山活动,他也认为滑坡可能是Oxo冰形成的原因。
如果这些冰不是来自地表下的浅层,那么它们很可能来自巨大的冰原,据预测,它位于谷神星表面的灰尘和岩石下几米的地方。如果科学家们了解了这张纸的存在范围,将有助于他们更好地模拟这颗矮行星是如何形成的,从而帮助他们计算出下面的海洋是否可能是液态的。曙光号的伽玛射线和中子探测器(GRaND)刚刚开始探测谷神星的表层,
,深度为一米,以确定是否存在这样的物质层,以及它的范围有多大。
然而,问题仍然存在——如果“黎明”号能在Oxo发现冰,杏耀软件为什么它没有在谷神星的其他地方发现冰呢?Oxo环形山有什么特别之处吗?根据海涅的说法,其他的浅层冰可能隐藏在表层之下,就像在奥克索一样,山体滑坡揭示了这一点。当表层暴露时,水就会从冰跳到气体中,留下混合的灰尘和盐。当更多的冰层形成时,物质就会堆积起来,直到把冰隔离开来,阻止了这一过程,留下了冰。但是这些被称为“升华滞后”的碎片是深色的,比“黎明”号的红外测绘仪能够探测到的深度还要深。地表冰可能产生了黎明观测到的在碎片停止这一过程之前形成的羽流。然而,如果这些隐藏的冰原存在,格兰德应该能够在更深入地探索更大的冰原时探测到它们。最终,新观测到的样本和其他类似的斑块可能有助于确定,在明亮的谷神星外壳下是否存在着生命可以进化和繁荣的液态海洋,或者它是否被冻结了。