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谷神星存在地下海洋?一些科学家提出了质疑

时间: 2020年09月28日 | 作者: Scott Hershberger | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
研究人员对奥刻瑞斯陨石坑的历史进行了迄今为止最完整的描述,并证实了此前有关谷神星表层下可能存在液态水的猜测,然而水存在的区域有多大范围仍是未知。


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奥刻瑞斯陨石坑(Occator Crater)区域,盐水是从谷神星地壳下的深层储集层被推上来,呈现为红色。图片来源:NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA


撰文 | Scott Hershberger

翻译 | 黄灏

审校 | 曾小欢


在2015年抵达矮行星谷神星(Ceres)后,美国航空航天局(NASA)的“黎明号”(Dawn)飞船探测到了一些奇怪的现象,那里曾有像岩浆一样流动和喷发的冰。在任务的最后一个阶段(探测任务于2018年结束)中,“黎明号”在运行轨道扫过了奥刻瑞斯陨石坑(Occator Crater)35公里内的区域。这是一个宽92千米的陨石坑,其中散布着明亮的碳酸钠和其他矿物的沉积物。


近期,《自然》系列中的3个期刊用7篇论文展示了一项任务的数据分析结果,这些论文对奥刻瑞斯陨石坑的历史进行了迄今为止最完整的描述,并证实了此前有关谷神星表层下可能存在液态水的猜测,然而水存在的区域有多大范围仍是未知。


“这是项目最后发表的一组论文,并通过探测数据证实了团队的猜想。”Carol Raymond说,她是NASA喷气推进实验室(JPL)的研究员,也是“黎明号”的副首席研究员。“现在这些数据已经公开,每个人都可以查看。我相信未来我们会有更多的认识。”


在“黎明号”任务的早期阶段,研究人员推测沉积物中的矿物被液态水带到地表,随后液态水蒸发了。它们中最晚形成的沉积物的时间距今仅400万年,而造成奥刻瑞斯陨石坑的撞击事件发生在大约2000万年前。这个时间差让科学家们无法确定,液态水是最初以冰的形式存在,在受到撞击的热量影响后融化,还是始终以液态水形式存在于地下。


为了找到答案,研究团队记录了飞船在轨道中的速度变化,以建立谷神星重力场的详细分布图,从而揭示不同地壳区域的密度。然后,Raymond和同事将地壳的密度分布图与富含冰层的地壳的传热模型结合起来,重建了奥刻瑞斯陨石坑的撞击结果。Raymond表示,这一发现“开辟了一种新的方式”,可以用于思考谷神星(小行星带中最大的天体)及冰冻天体的地质结构。撞击产生的能量在谷神星地表附近形成了液态水的“融化室”,并使地壳破裂。Raymond说,这些裂缝将“融化室”与地下35公里处的液态水储集层连接了起来。在数百万年的过程中,随着融化室逐渐冻结,盐水通过裂缝网络上升。到达地面后,水在接近真空的环境中迅速汽化,留下碳酸钠和其他盐。


高分辨率的数据让研究人员能更仔细地研究这些明亮沉积物的组分。她们发现一种叫矿物——冰盐(hydrohalite)的存在,这种矿物本质上是由食盐和冰形成的晶体。这种矿物在地球的海冰中很常见,但从未在太阳系其它地方被发现过。他们计算发现,冰盐一旦暴露在谷神星表面,其中的冰会在大约100年后消失,留下固体氯化钠(“黎明号”的仪器目前无法探测到)。因此,冰盐的存在表明,现在还有盐水正继续涌到星球表层。“我们证实了这是谷神星正在进行的地质活动,”Raymond说,她是这7篇论文的联合作者。


Julie Castillo-Rogez是美国航空航天局喷气推进实验室的行星科学家,也是其中6篇文章的联合作者。在《自然-天文学》的一篇评论文章,她表示谷神星是一个“海洋世界”。“根据获得早期探测任务的结果,我们就怀疑谷神星上存在液体,”她说,“但现在我们有了更多证据。”但是其他科学家表示,根据目前的数据,就认为这颗矮行星是一个海洋世界,有点夸张了。


 “我仍然对谷神星上存在地下海洋持怀疑态度,”史密森学会的地质学家Jim Zimbelman说,“模型是非常棒的,但我需要看到一些明确的地球物理证据,以表明海洋在不久的过去甚至至今仍存在。”美国亚利桑那州立大学(Arizona State University)的Mikhail Zolotov曾是这项研究之一的顾问,但他并没有直接参与这项工作。他对高分辨率的重力数据表示认可,但认为谷神星存在盐水储集层这一结论,可能是一种主观推测。2009年,他提出谷神星的地壳是多孔结构,几乎没有冰,他仍然认为这个解释比“黎明号”的观测结论更加可信。“许多数据的解释并不是唯一的,”他说,“我们不需要用冰来解释这些探测结果。”


Lindy Elkins-Tanton是美国航空航天局将进行的小行星灵神星(16 Psyche)探测任务的首席研究员,没有参与谷神星的研究。她表示,表明谷神星存在盐水储集层的证据是“可信的”,但她怀疑它是否大到可以被认为是海洋。她觉得,其中最重要的新发现是“一个小型天体正在发生的地质活动的热量可能来自撞击,”她说,“实际上,并不需要依靠天体原始的热量。”Elkins-Tanton说,这表明在其他小行星和卫星上也出现类似的地质过程,可能引发那些被认为生命出现前的化学反应。


在完成对谷神星最后阶段的探测后,科学家们现在正在考虑下一步的任务。Castillo-Rogez向美国航空航天局提交了一份关于下一步任务的报告,作为行星科学和天体生物学十年调查(Decadal Survey on Planetary Science and Astrobiology)的一部分。该调查将确定NASA在未来2023~2032年间的研究重点。她和其他科学家希望航天器能在奥刻瑞斯陨石坑着陆,以更详细地研究盐水的组成。而这一项目将遭到首次探测小行星带中其他天体项目的竞争。Zimbelman说:“挑战在于这一计划的科学目标,是否能真正抓住美国航空航天局和科学界的注意力,让他们愿意放弃探测小行星带中的其他天体。”


亚利桑那州立大学的行星科学家Joseph O’Rourke认为,谷神星存在盐水层的可能性,使其成为“一个有绝对吸引力、值得进行未来探索的地点”。Elkins-Tanton同样认为获取更多关于“盐水”的信息将是有价值的。但在她看来,在论文中讨论其它谷神星小的地质细节,无法帮助科学家更广泛地了解太阳系。“如果你对谷神星这样的小星球的具体地质情况感兴趣,你可以问一百万个问题,做一百万个事情。”她说,“但我个人对科学的兴趣,实际上是基于对大科学问题的兴趣。”


无论NASA是否向谷神星发射另一艘飞船,行星科学家们一致认为“黎明号”任务具有开创性的意义。作为第一个完成对地球以外的两个天体进行绕行和探测的飞船(它在继续探测谷神星之前,访问了灶神星),“黎明号”在工程方面的成就是具有革命性的,”Zimbelman说。这些都表明了你可以怎样去未到知的地方,并获得令人惊喜的观察结果,这正是行星科学研究的真正意义。


原文链接:

https://www.scientificamerican.com/article/claims-of-ocean-inside-ceres-may-not-hold-water/