穀神星存在地下海洋的說法也許站不住腳

2020-11-22 中國科學技術館

馬賽克圖像，其中假色突出了不久前露出的鹽水（含鹽液體）。鹽水是從穀神星地殼下的深層儲層被推上來的。在這張刻瑞斯隕石坑（Occator Crater）區域的照片中，其呈現紅色。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

在2015年抵達矮行星穀神星（Ceres）後，美國航空航天局（NASA）的「黎明號」（Dawn）飛船探測到了一個奇異的世界，那裡有曾經像巖漿一樣流動和噴發的冰。在任務的最後一個階段（於2018年結束）中，「黎明號」掠過了距刻瑞斯隕石坑（Occator Crater）35公裡（即22英裡）的區域。這是一個寬92公裡的隕石坑，其中散布著明亮的碳酸鈉和其他礦物的沉積物。7月27日，《自然》（Nature）系列刊物的三個期刊用七篇論文展示了此任務團隊的數據分析結果，這些論文對刻瑞斯隕石歷史的描述是迄今為止最完整的，並證實了過去關於穀神星表層下可能存在液態水的猜測。然而，這個所謂的含水區域有多大範圍仍是未知。

圖片來源：NASA

「這是最後一組真正呈現探測數據並提供團隊最好解釋的論文，」Carol Raymond說。她是美國航空航天局噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory）的研究員，也是「黎明號」的副首席研究員。「現在這些數據已經公開，每個人都可以查看。我相信我們會在未來得到更多認識。」

在「黎明號」任務的早期階段，研究人員推測，沉積物中的礦物被液態水帶到地表，隨後液態水蒸發。它們中最年輕的沉積物的形成時間距今僅400萬年，而造成刻瑞斯隕石坑的撞擊發生在大約2000萬年前。這個時間差異讓科學家們無法確定，液態水是最初以冰的形式存在，然後被撞擊的熱量融化，還是始終以液態的形式存在於地下儲集層中。

為了找到答案，研究團隊記錄了飛船在整個軌道中速度的變化，以建立穀神星重力場的詳細分布圖，從而揭示不同區域地殼的密度高低。然後，Raymond和她的同事將地殼的密度分布圖與富含冰層的地殼的傳熱模型結合起來，重建了刻瑞斯隕石坑的撞擊結果。Raymond表示，她們的發現「開闢了一種新的方式」，來思考穀神星（小行星帶中最大的天體）及類似天體的地質結構。撞擊產生的能量在地表附近形成了液態水的「融化室」，並使地殼破裂。Raymond說，這些裂縫將融化室與地下35公裡處的液態水儲集層連接了起來。在數百萬年的過程中，隨著融化室逐漸凍結，鹽水通過裂縫網絡上升。到達地面後，水在接近真空的環境中迅速汽化，留下碳酸鈉和其他鹽。

高解析度的數據也讓研究人員能夠更仔細地研究明亮沉積物的組分。刻瑞斯隕石坑中央圓頂反射的光和熱輝光（thermal glow）有著細微變化，她們在其中發現了一種叫做冰鹽（hydrohalite）的礦物的存在，這種礦物本質上是由食鹽和冰形成的晶體。這種礦物在地球的海冰中很常見，但從未在太陽系其它地方被發現過。計算表明，冰鹽一旦暴露在穀神星表面，其中的冰會在大約100年後消失，留下固體氯化鈉（這是「黎明號」的儀器無法探測到的）。因此，冰鹽的存在表明，現在還有鹽水正繼續上升到星球表層。「我們證實了這一正在進行的地質活動，」Raymond說。她是這7篇論文的合作作者。

圖片來源：NASA

Julie Castillo-Rogez在《自然-天文學》（Nature Astronomy）的一篇評論文章中稱穀神星是一個「海洋世界」。她是美國航空航天局噴氣推進實驗室的行星科學家，也是這組論文中六篇文章的合作作者。「在獲得探測任務的早期結果後，我們就一直在懷疑穀神星存在液體，」她說。「但現在我們有了更多證據。」然而其他科學家說，根據目前的數據，稱這顆矮行星為海洋世界是誇大其詞了。

「我仍然對穀神星的地下海洋持懷疑態度，」史密森學會（Smithsonian Institution）的地質學家Jim Zimbelman說，「模型是非常棒的，但我需要看到一些明確的地球物理證據以表明海洋在不久的過去存在，更不用說證明今天仍然存在。」他沒有參與這項研究。美國亞利桑那州立大學（Arizona State University）的Mikhail Zolotov曾是七項研究之一的顧問，但他並沒有直接參與這項工作。他對高解析度的重力數據表示認可，但認為穀神星存在鹽水儲集層這一結論是「一廂情願」。2009年，他提出穀神星的地殼是多孔結構的，幾乎沒有冰，他仍然認為這個解釋比「黎明號」的結論更可信。「對許多數據的解釋並不是唯一的，」他說，「我們不需要用冰來解釋探測結果。」

Lindy Elkins-Tanton是美國航空航天局即將進行的小行星靈神星（16 Psyche）探測任務的首席研究員，她沒有參與穀神星的研究。她說，她發現鹽水儲集層的證據是「可信的」，但她懷疑它是否大到可以被認為是海洋。她覺得，最重要的新發現是「一個小型天體正在發生的地質『活動』的熱量可能來自撞擊，」她說。「而實際上並不一定是來自天體的原始熱量。」Elkins-Tanton說，在其他小行星和衛星上類似的地質過程也可能引發那些被認為先於生物生命的化學反應。

在完成了「黎明號」對穀神星的最後探測後，科學家們現在正在考慮下一步的任務。7月27日，Castillo-Rogez向美國航空航天局提交了一份關於下一步任務的報告，以作為行星科學和天體生物學十年調查（Decadal Survey on Planetary Science and Astrobiology）的一部分。該調查將確定美國航空航天局在未來2023年到2032年間的研究重點。她和其他科學家希望太空飛行器能在刻瑞斯隕石坑著陸，以更詳細地研究鹽水的組成。那些關於小行星帶中其他天體首次探測的提議將與Castillo-Rogez的項目競爭。「挑戰在於提出科學目標，真正抓住美國航空航天局和科學界的注意力，讓他們願意放棄探測小行星帶中的其他天體。」Zimbelman說。

亞利桑那州立大學的行星科學家Joseph O』Rourke不是「黎明號」團隊的成員，他認為，穀神星存在鹽水層的可能性使其成為「有絕對吸引力的進行未來探索的地點」。Elkins-Tanton同樣認為獲取更多關於「鹽水」的信息將是有價值的。但在她看來，論文中討論的穀神星其它地質細節，對科學家更廣泛地理解太陽系的意義有限。「如果你對穀神星這樣的小星球的具體地質情況感興趣，你可以問一百萬個問題，做一百萬個事情。」她說，「但我對科學的所有興趣實際上只依賴於大科學問題。」

無論美國航空航天局是否向穀神星發射另一艘飛船，行星科學家們一致認為「黎明號」任務是開創性的。作為第一個完成對地球以外的兩個天體進行繞行和探測的飛船(它在繼續探測穀神星之前訪問了灶神星（Vesta)），「黎明號」「在工程方面是革命性的，」Zimbelman說。從科學的角度來看，O』Rourke說，「這表明了你可以怎樣去到未知的地方，並發現令人驚喜的東西，這正是行星科學的真正意義。」

作者：Scott Hershberger，2020年美國科學促進會（AAAS）大眾媒體研究員，供職於《科學美國人》。他曾在聖路易斯的華盛頓大學學習物理和數學。

翻譯：黃灝

審校：曾小歡

引進來源：科學美國人

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

 

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  • 太陽系中那些神秘的地下海洋：木衛二噴湧間歇泉
    在2015年，美國國家航空航天局的科學家就記錄了木衛三奇怪的振動模式，並以此作為其擁有地下海洋的證據。計算表明，這顆太陽系中體積最大的衛星具有深達100公裡的海洋，液態水非常豐富。作為參考，地球上的海洋深度不超過10公裡。
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  • 穀神星冰冷的外殼下有一個隱藏的海洋
    ，它的表面有一個亮點，表明那裡存在著至今仍活躍的地下海洋。這裡最有名的便是穀神星，它是小行星帶上最大的天體，也是早期太陽系的活化石。2007年，美國航天局發射了「黎明」號宇宙飛船，對穀神星進行了近距離研究。在對這顆矮行星進行了勘測和研究後，科學家們推斷它曾經有一個冰封的海洋。《自然》雜誌上發表了一系列七項研究，黎明號觀察穀神星沉悶、沒有生命的外殼，並找到確鑿的證據證明它是一個海洋世界。
  • 新研究稱穀神星曾有海洋，有兩處至今仍在噴氣，內部或有生命存在
    ，這一發現說明穀神星內部的確有水存在，推測認為水蒸氣冒出的原因是是太陽照射使穀神星表面的冰被迅速加熱所致，另一個原因是穀神星內部仍有能量，科學家認為較高的溫度可能使穀神星內部擁有液態水的海洋。，其中有研究成果認為穀神星是一個海洋世界，並且在最近的過去可能地質活動活躍。
  • 矮行星「穀神星」地下深處有鹹水
    Dwarf Planet Ceres Has Salty Ocean Deep Underground矮行星「穀神星」地下深處有鹹水研究人員將穀神星描述為一個「海洋世界」——一個擁有適於生物生存環境的地方。
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