宇宙探索：谷神星存在地下海洋的說法也許站不住腳

馬賽克圖像，其中假色突出了不久前露出的鹽水（含鹽液體）。鹽水是從谷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(qū)域的照片中，其呈現(xiàn)紅色。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
在2015年抵達(dá)矮行星谷神星（Ceres）后，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，那里有曾經(jīng)像巖漿一樣流動和噴發(fā)的冰。在任務(wù)的最后一個階段（于2018年結(jié)束）中，“黎明號”掠過了距刻瑞斯隕石坑（Occator Crater）35公里（即22英里）的區(qū)域。這是一個寬92公里的隕石坑，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(wù)團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)分析結(jié)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，并證實(shí)了過去關(guān)于谷神星表層下可能存在液態(tài)水的猜測。然而，這個所謂的含水區(qū)域有多大范圍仍是未知。


圖片來源：NASA
“這是最后一組真正呈現(xiàn)探測數(shù)據(jù)并提供團(tuán)隊(duì)最好解釋的論文，”Carol Raymond說。她是美國航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory）的研究員，也是“黎明號”的副首席研究員?！艾F(xiàn)在這些數(shù)據(jù)已經(jīng)公開，每個人都可以查看。我相信我們會在未來得到更多認(rèn)識。”
在“黎明號”任務(wù)的早期階段，研究人員推測，沉積物中的礦物被液態(tài)水帶到地表，隨后液態(tài)水蒸發(fā)。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(fā)生在大約2000萬年前。這個時間差異讓科學(xué)家們無法確定，液態(tài)水是最初以冰的形式存在，然后被撞擊的熱量融化，還是始終以液態(tài)的形式存在于地下儲集層中。
為了找到答案，研究團(tuán)隊(duì)記錄了飛船在整個軌道中速度的變化，以建立谷神星重力場的詳細(xì)分布圖，從而揭示不同區(qū)域地殼的密度高低。然后，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(jié)合起來，重建了刻瑞斯隕石坑的撞擊結(jié)果。Raymond表示，她們的發(fā)現(xiàn)“開辟了一種新的方式”，來思考谷神星（小行星帶中最大的天體）及類似天體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。撞擊產(chǎn)生的能量在地表附近形成了液態(tài)水的“融化室”，并使地殼破裂。Raymond說，這些裂縫將融化室與地下35公里處的液態(tài)水儲集層連接了起來。在數(shù)百萬年的過程中，隨著融化室逐漸凍結(jié)，鹽水通過裂縫網(wǎng)絡(luò)上升。到達(dá)地面后，水在接近真空的環(huán)境中迅速汽化，留下碳酸鈉和其他鹽。
高分辨率的數(shù)據(jù)也讓研究人員能夠更仔細(xì)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(xì)微變化，她們在其中發(fā)現(xiàn)了一種叫做冰鹽（hydrohalite）的礦物的存在，這種礦物本質(zhì)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(fā)現(xiàn)過。計(jì)算表明，冰鹽一旦暴露在谷神星表面，其中的冰會在大約100年后消失，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(xiàn)在還有鹽水正繼續(xù)上升到星球表層。“我們證實(shí)了這一正在進(jìn)行的地質(zhì)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(xué)》（Nature Astronomy）的一篇評論文章中稱谷神星是一個“海洋世界”。她是美國航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的行星科學(xué)家，也是這組論文中六篇文章的合作作者。“在獲得探測任務(wù)的早期結(jié)果后，我們就一直在懷疑谷神星存在液體，”她說?！暗F(xiàn)在我們有了更多證據(jù)?！比欢渌茖W(xué)家說，根據(jù)目前的數(shù)據(jù)，稱這顆矮行星為海洋世界是夸大其詞了。
“我仍然對谷神星的地下海洋持懷疑態(tài)度，”史密森學(xué)會（Smithsonian Institution）的地質(zhì)學(xué)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(jù)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?！彼麤]有參與這項(xiàng)研究。美國亞利桑那州立大學(xué)（Arizona State University）的Mikhail Zolotov曾是七項(xiàng)研究之一的顧問，但他并沒有直接參與這項(xiàng)工作。他對高分辨率的重力數(shù)據(jù)表示認(rèn)可，但認(rèn)為谷神星存在鹽水儲集層這一結(jié)論是“一廂情愿”。2009年，他提出谷神星的地殼是多孔結(jié)構(gòu)的，幾乎沒有冰，他仍然認(rèn)為這個解釋比“黎明號”的結(jié)論更可信?！皩υS多數(shù)據(jù)的解釋并不是唯一的，”他說，“我們不需要用冰來解釋探測結(jié)果?！?br> Lindy Elkins-Tanton是美國航空航天局即將進(jìn)行的小行星靈神星（16 Psyche）探測任務(wù)的首席研究員，她沒有參與谷神星的研究。她說，她發(fā)現(xiàn)鹽水儲集層的證據(jù)是“可信的”，但她懷疑它是否大到可以被認(rèn)為是海洋。她覺得，最重要的新發(fā)現(xiàn)是“一個小型天體正在發(fā)生的地質(zhì)‘活動’的熱量可能來自撞擊，”她說?！岸鴮?shí)際上并不一定是來自天體的原始熱量?！盓lkins-Tanton說，在其他小行星和衛(wèi)星上類似的地質(zhì)過程也可能引發(fā)那些被認(rèn)為先于生物生命的化學(xué)反應(yīng)。
在完成了“黎明號”對谷神星的最后探測后，科學(xué)家們現(xiàn)在正在考慮下一步的任務(wù)。7月27日，Castillo-Rogez向美國航空航天局提交了一份關(guān)于下一步任務(wù)的報(bào)告，以作為行星科學(xué)和天體生物學(xué)十年調(diào)查（Decadal Survey on Planetary Science and Astrobiology）的一部分。該調(diào)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(diǎn)。她和其他科學(xué)家希望航天器能在刻瑞斯隕石坑著陸，以更詳細(xì)地研究鹽水的組成。那些關(guān)于小行星帶中其他天體首次探測的提議將與Castillo-Rogez的項(xiàng)目競爭?！疤魬?zhàn)在于提出科學(xué)目標(biāo)，真正抓住美國航空航天局和科學(xué)界的注意力，讓他們愿意放棄探測小行星帶中的其他天體?！盳imbelman說。
亞利桑那州立大學(xué)的行星科學(xué)家Joseph O’Rourke不是“黎明號”團(tuán)隊(duì)的成員，他認(rèn)為，谷神星存在鹽水層的可能性使其成為“有絕對吸引力的進(jìn)行未來探索的地點(diǎn)”。Elkins-Tanton同樣認(rèn)為獲取更多關(guān)于“鹽水”的信息將是有價值的。但在她看來，論文中討論的谷神星其它地質(zhì)細(xì)節(jié)，對科學(xué)家更廣泛地理解太陽系的意義有限?！叭绻銓壬裥沁@樣的小星球的具體地質(zhì)情況感興趣，你可以問一百萬個問題，做一百萬個事情?！彼f，“但我對科學(xué)的所有興趣實(shí)際上只依賴于大科學(xué)問題?！?br> 無論美國航空航天局是否向谷神星發(fā)射另一艘飛船，行星科學(xué)家們一致認(rèn)為“黎明號”任務(wù)是開創(chuàng)性的。作為第一個完成對地球以外的兩個天體進(jìn)行繞行和探測的飛船(它在繼續(xù)探測谷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(xué)的角度來看，O’Rourke說，“這表明了你可以怎樣去到未知的地方，并發(fā)現(xiàn)令人驚喜的東西，這正是行星科學(xué)的真正意義?！?br> 作者：Scott Hershberger，2020年美國科學(xué)促進(jìn)會（AAAS）大眾媒體研究員，供職于《科學(xué)美國人》。他曾在圣路易斯的華盛頓大學(xué)學(xué)習(xí)物理和數(shù)學(xué)。
翻譯：黃灝
審校：曾小歡
引進(jìn)來源：科學(xué)美國人
引進(jìn)鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/claims-of-ocean-inside-ceres-may-not-hold-water/


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