谷神星隕石坑亮斑 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

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在環(huán)繞谷神星軌道運(yùn)行兩年后，“黎明”號(hào)探測器在其延長任務(wù)的最后階段（2018年6月至10月）下降到距離谷神星表面35公里處，并以前所未有的分辨率完成了成像、紅外光譜、元素光譜和引力科學(xué)等探測任務(wù)。

8月10日，《自然—天文學(xué)》《自然—地球科學(xué)》和《自然—通訊》發(fā)表的7篇論文報(bào)告了此次觀測的若干成果。研究顯示，谷神星曾是一個(gè)海洋世界，而且“不久前”可能有活躍地質(zhì)活動(dòng)，這為矮行星的歷史和形成提供了進(jìn)一步認(rèn)知。

“‘黎明’號(hào)延長任務(wù)的高分辨率圖像證實(shí)了鹵水的暴露時(shí)間不到200萬年。此外，可見光和紅外測圖光譜儀發(fā)現(xiàn)了一種新的化合物——冰鹽。這種物質(zhì)在海洋冰中很常見，但這是第一次在地球之外發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)?！泵绹詈骄郑∟ASA）噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室行星學(xué)家Julie Castillo-Rogez說。

谷神星被認(rèn)為是在大約45億年前太陽系開始形成時(shí)產(chǎn)生的，位于太陽系邊界，由黏土、碳酸鈉和碳酸氨等成分組成，這暗示它經(jīng)歷了一種非常復(fù)雜的化學(xué)演化。此次“黎明”號(hào)任務(wù)探測的焦點(diǎn)在奧卡托隕石坑?？茖W(xué)家早前就發(fā)現(xiàn)這里存在白色斑點(diǎn)，成分主要是碳酸鈉。

數(shù)百萬年的液態(tài)

谷神星上的火山是冰火山，這是一種形成于具有冰殼的行星上的火山?？茖W(xué)家認(rèn)為，木衛(wèi)二上的冰火山可能有助于促進(jìn)化學(xué)混合，從而產(chǎn)生生命所需的復(fù)雜分子。但谷神星的地質(zhì)環(huán)境比木衛(wèi)二要簡單得多，了解更多關(guān)于這些火山是如何在谷神星上活動(dòng)的，可以幫助科學(xué)家弄清該過程的主要驅(qū)動(dòng)力。

“在我們尋找生命的過程中，冰火山似乎是一個(gè)非常重要的系統(tǒng)?！钡每怂_斯大學(xué)奧斯汀分校副教授Marc Hesse說，“所以我們?cè)噲D了解這些冰殼以及它們的活動(dòng)?！?/p>

研究人員關(guān)注了90英里寬的奧卡托隕石坑底部的沉積物，這個(gè)隕石坑形成于大約2000萬年前，但這里的沉積物只有400萬年的歷史。鹽沉積和撞擊時(shí)間的差異提出了一個(gè)問題：一個(gè)地質(zhì)學(xué)上停滯不前的世界發(fā)生撞擊之后，低溫巖漿如何在數(shù)百萬年里保持液態(tài)？

“這也引發(fā)了一場爭論，即是深層的鹵水層，還是形成火山口的撞擊產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致了融化，或者兩者皆有?！盋astillo-Rogez告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

Castillo-Rogez指出，來自撞擊融解室的液體與來自更深處（超過40公里）儲(chǔ)存室的液體在不同的時(shí)間尺度上演化：前者由于撞擊產(chǎn)生的熱量會(huì)變熱，溫度最高可達(dá)100攝氏度，但由于它們離地表很近，會(huì)在數(shù)百萬年之后凍結(jié)。另一方面，如果足夠深，內(nèi)部熱量可以慢慢地從地殼中泄漏出來，那么常年鹵水層就可以借助鹽的存在維持在零度以下。

2019年，根據(jù)“黎明”號(hào)傳回的數(shù)據(jù)，Castillo-Rogez和Hesse等人模擬了隕石坑潛在撞擊引起的低溫巖漿室的熱演化。模擬結(jié)果表明，較小的初始低溫巖漿室可能導(dǎo)致下地殼的部分熔融。這可能允許位于谷神星多孔上地幔的鹵水對(duì)巖漿庫進(jìn)行補(bǔ)給，并可能延長低溫火山活動(dòng)。相關(guān)論文刊登于《地球物理研究快報(bào)》。

鹽是溫暖的關(guān)鍵

雖然谷神星的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示了水蝕過程的證據(jù)，表明過去曾經(jīng)存在海洋，但人們尚不清楚這片海洋是否仍然存在，以及殘留的液體是否仍然在這顆矮行星上循環(huán)。

意大利天體物理學(xué)研究所的Maria Cristina De Sanctis和同事報(bào)告稱，奧卡托隕石坑中央最大的明亮區(qū)域Cerealia Facula存在水合氯鹽。由于這些鹽的脫水速度很快，研究人員認(rèn)為鹵水可能還在不斷涌出，意味著谷神星內(nèi)部可能依然存在含鹽液體。

“水合相的空間分布表明，氯化物鹽是最近才到達(dá)地表或是仍在上升的深層鹵水的固體殘留物。這些鹽在維持谷神星溫暖的內(nèi)部溫度和降低鹵水共晶溫度方面非常有效?！?De Sanctis團(tuán)隊(duì)寫道。

之前的研究假設(shè)谷神星的地殼是一個(gè)均勻的層。但噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的Carol Raymond和同事分析了“黎明”號(hào)發(fā)回的高分辨率引力數(shù)據(jù)和影像，揭示了谷神星復(fù)雜的地殼結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)奧卡托環(huán)形山底深處有一個(gè)很大的鹵水儲(chǔ)層。研究人員表示，該儲(chǔ)層可能曾受到形成環(huán)形山力量的作用，發(fā)生了運(yùn)動(dòng)，致使行星表面出現(xiàn)了這些明亮的鹽沉積。

“這些推論為谷神星表面的地質(zhì)特征提供了地球物理背景，并有助于我們進(jìn)一步理解這顆富含冰但缺乏熱量的星球的演化過程，它的演化部分是由撞擊形成的?！盧aymond說。

其他研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，谷神星曾在約900萬年前開始了一段冰火山活躍期，一直到最近才結(jié)束。這些發(fā)現(xiàn)表明這里有深層鹵水源，以及鹽在保存液體方面起著重要作用?？茖W(xué)家還使用新的高分辨率重力數(shù)據(jù)研究了奧卡托隕石坑周圍地區(qū)的地下結(jié)構(gòu)。上述成果均刊登于《自然—天文學(xué)》。

此外，奧卡托隕石坑的丘陵可能是在撞擊導(dǎo)致流水結(jié)冰時(shí)形成的，這說明不只地球和火星，谷神星在地質(zhì)學(xué)上的近期也出現(xiàn)過活躍的冰凍水文現(xiàn)象。研究人員還發(fā)現(xiàn)谷神星上富含水和鹽的撞擊熔巖與火星上的不同，規(guī)模也不及火星；奧卡托隕石坑內(nèi)的各種明亮沉積物可能具有不同來源。 這些成果分別發(fā)表于《自然—地球科學(xué)》和《自然—通訊》。

谷神星的“黎明”

太陽系的小行星帶是位于火星和木星軌道間的小行星密集區(qū)域，天文學(xué)家估計(jì)這里有大約50萬顆種類各異的小行星。灶神星是與地球類似的巖狀天體，谷神星則是典型的冰狀天體，這兩個(gè)極不相同的天體竟同處一個(gè)小行星帶，其原因仍待解釋。而搜尋小行星帶中這兩個(gè)標(biāo)志性天體的信息，有助揭開太陽系早期歷史的奧秘。

“小行星探索有助于尋找生命和太陽系的起源證據(jù)，并獲取具有潛在危險(xiǎn)的小行星的物理參數(shù)和結(jié)構(gòu)組成。而且探測任務(wù)周期長、任務(wù)挑戰(zhàn)性強(qiáng)，可以推動(dòng)深空探測技術(shù)的發(fā)展?！蹦暇┖娇蘸教齑髮W(xué)航天學(xué)院航天新技術(shù)實(shí)驗(yàn)室教授李爽在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。

由電離氙提供動(dòng)力的“黎明”號(hào)小行星探測器于2007年9月發(fā)射升空，并在2011年7月進(jìn)入灶神星軌道。2012年9月5日，“黎明”號(hào)在環(huán)繞灶神星的軌道運(yùn)行1年多后飛向其第二個(gè)目的地——谷神星。

2015年3月6日，“黎明”號(hào)探測器進(jìn)入谷神星的引力懷抱?！袄杳鳌碧?hào)探測器成為第一架環(huán)繞兩顆地外天體運(yùn)行的航天器。



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