巨型小行星喷射水蒸气羽流

谷神星间歇性羽流的起源尚不清楚

谷神星是内太阳系最大的矮行星,它正在向太空喷射水。天文学家使用轨道望远镜观察到的零星水蒸气羽流最可能的来源是该天体中纬度地区相对较暗的两个区域。是什么触发了这些细丝尚不清楚,但美国宇航局计划于明年年初抵达谷神星的任务可能会解开这个谜团,并有助于解释水是如何在整个太阳系(包括地球)中分布的。

欧洲航天局(ESA)位于西班牙维拉努埃瓦·德拉卡尼亚达的行星科学家迈克尔·库珀斯说,之前的研究在谷神星表面发现了水合矿物质的迹象,并在其周围的太空中发现了中性羟基(OH,水的分解产物)的痕迹。他指出,羟基强烈暗示存在水,但在随后的更敏感的观测中无法证实这些测量结果。

库珀斯和他的同事分析了最新数据,并在本周的《自然》杂志上报告。这些数据是由欧空局的地球轨道赫歇尔空间天文台在2011年11月至2013年3月之间的四个场合收集的。库珀斯说,该团队发现,从谷神星发射或反射的辐射在一种特定的亚毫米波长中被间歇性地吸收,这种波长是水蒸气的特征。他说,吸收很可能发生在辐射穿过从该行星发出的水羽流时。


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赫歇尔的传感器在四个观测期中的三个期间发现了羽流。研究人员说,吸收强度的变化在几个小时内发生,这可能是由于相对较小的水蒸气来源在地球的视野中旋转进出而引起的趋势。

2013年3月收集的数据表明,羽流起源于矮行星中纬度地区两个相距甚远的、宽度为60公里的地点。这些地点总共每秒向太空喷射约6公斤水蒸气。库珀斯说,地面观测和哈勃太空望远镜的图像都不够清晰,无法识别这些尚未解开的神秘区域。“我们不知道这些特征是什么,我们只知道它们比周围环境更暗,”他指出。

奥兰多市中佛罗里达大学的行星科学家温贝托·坎平斯说:“这些羽流来自有限的区域,这真是太神奇了。”他指出,一种可能性是,这种蒸汽来自冰火山,它们喷射出冰和甲烷等挥发性物质。或者,羽流可能来自富含水冰的区域;通向地下水库的通风口或裂缝;或者容纳深层冰的撞击坑,当暴露在太阳辐射下时,冰会升华并喷射到太空中。“我们目前没有足够的信息来区分这一点,”坎平斯说。但他补充说,无论蒸汽的来源是什么,都必须以某种方式不断补充。

将水或冰转化为蒸汽的热量的来源与水的来源本身一样是一个谜。一种称为潮汐挠曲的机制——较大的天体的引力反复拉伸和挤压天体——被认为会产生热量,从而驱动从冰冷卫星土卫二(绕土星运行)和木卫二(木星的卫星)喷射出的水蒸气和冰晶羽流。但这不太可能发生在谷神星上,因为这颗矮行星在其轨道内单独运行在小行星带中。

库珀斯和他的同事们认为,一种观点是,矮行星内部放射性元素的衰变产生的热量正在为冰火山或间歇泉提供动力。另一种选择是,太阳辐射导致近地表冰直接升华到太空中,就像从彗星表面一样。库珀斯指出,这两种来源都可能产生零星的活动。

另一个谜团是,为什么谷神星的水含量明显高于灶神星,后者是一颗以大致相同的距离绕太阳运行的小行星,坎平斯在相关的新闻与观点文章中写道。如果灶神星和谷神星最初的水含量不同,这表明小行星最初可能形成于太阳系的不同部分。坎平斯指出,同样的宇宙迁移可能将小行星和彗星带入太阳系的深处,为地球播下了水以及各种有机化学物质——从而在生命的起源和进化中发挥了重要作用。

美国宇航局的黎明号探测器——于2007年9月发射,并计划于2015年初抵达谷神星——可以为这些谜团提供答案。“我们真的不必猜测:一年后我们将到达那里,”加州大学洛杉矶分校的行星科学家、任务首席研究员克里斯托弗·罗素说。黎明号的传感器除了拍摄谷神星的高分辨率图像外,还将有助于绘制其表面各种矿物质的分布图。

“一旦我们到达那里,我们将弄清楚[水]是从哪里出来的,以及如何出来的,”罗素说。

本文经《自然》杂志许可转载。这篇文章于2014年1月22日首次发表

Sid Perkins, who writes most often about Earth and planetary sciences, materials science and paleontology, is based in Crossville, Tenn.

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