矮行星谷神星研究新發現

美國宇航局的黎明號航天器在距離谷神星最近的最後一圈繞行時，拍下了這張激動人心的圖像。

圖源：NASA/JPL-CALTECH/UCLA/MPS/DLR/IDA

撰文：MICHAEL GRESHKO

在火星與木星之間的小行星帶裡，矮行星谷神星體積雖小，卻蘊藏著大大的驚喜。美國宇航局黎明號探測器進行的大量研究發現，谷神星是一顆地質活躍的天體，有冰火山以及遠古海洋遺存。

2017年末至2018年末，黎明號在燃料耗盡前的幾次繞行中收集了大約一年的數據。這些數據顯示，谷神星很可能有鹽水滲出表面，而且在大約2000萬年前一顆小行星撞擊它之後，冰層融化後重新上凍，也可能形成了小山丘。

谷神星的直徑不到月亮直徑的三分之一。其上存在液態水的想法可能曾經顯得非常稀奇古怪。但是，人類如今已經近距離觀察過它，我們知道這顆寒冷的、小小的谷神星的地質很活躍。

這些發現標明了谷神星的核心奧秘：寬約92千米的歐卡托（Occator）撞擊坑，表面覆蓋著令人費解的、明亮的、含鹽的斑點。新研究稱，120萬年前，冰冷的地下鹽水湧上歐卡托的地面，形成了這些含鹽的沉積物。

地表隆起的大山和山丘也支持這一觀點，即谷神星經歷了一種冰冷的冰火山，含鹽的泥漿或汙水像地球上的熔岩一樣湧出地面。黎明號發現，在歐卡托撞擊坑地面的某個區域，一些跡象表明在過去幾十年裡（如果不是最近），冰火山裡曾有鹽水流出。

這張偽色彩渲染的谷神星圖片上標明了地表物質的差異，比如歐卡托撞擊坑裡明亮的含鹽沉積物。

圖源：NASA/JPL-CALTECH/UCLA/MPS/DLR/IDA

黎明號首席研究員、美國宇航局噴氣動力實驗室小天體項目主管Carol Raymond說：“我們有強有力的證據表明在當前或者至少在非常近的過去，谷神星的地質很活躍。此外，還有一些撩人的證據表明地質活動可能仍在進行當中。”

除了奇異的火山之外，新發現還使谷神星加入了一個越來越長的、擁有生命所需“原料”的星球的名單，它們都有水、能量以及含碳的有機分子。科學家稱，由於小行星撞擊產生了熱量，谷神星可能在短時間內適宜居住，但不一定已有生物存在。

約翰斯霍普金斯大學應用物理實驗室的行星地質學家Kirby Runyon（並未參與本研究）稱：“我們觀察到的這個近期的、溫熱濕潤的地質系統，擁有你能想到的生命所需的所有材料。”

走近矮行星

近日，《自然天文學》《自然通訊》《自然地球科學》三本期刊上發表的7篇論文，全都源自於黎明號（2015-2018年）最後航程獲取的數據。在黎明號任務盛大落幕時，黎明號俯衝到距離谷神星表面35千米的地方，拍攝了許多分辨率極高的照片，約等於3米/像素，相當於從400米遠的距離看一顆高爾夫球。

自從2015年黎明號探測到歐卡托撞擊坑裡明亮的斑點起，科學家們就一直困惑於它們是如何形成的。研究人員很快就了解到這些地面特徵是鹽形成的，很可能是湧上谷神星表面的鹽水沉積而成。問題在於，鹽水是從哪裡來的？

2018年7月26日，美國宇航局的黎明號航天器在152千米的高度拍下了歐卡托撞擊坑地面上的裂紋結構。

圖源：NASA/JPL-CALTECH/UCLA/MPS/DLR/IDA

2018年7月31日，美國宇航局的黎明號航天器在50千米的高度拍下了歐卡托撞擊坑裡幽深的裂紋。

圖源：NASA/JPL-CALTECH/UCLA/MPS/DLR/IDA

研究人員認為奧卡托撞擊坑已有約2000萬年歷史。造就它的那場撞擊可能產生了大量的熱，使原本寒冷的景象變成了鹽水湧動的“泡沫浴”。不過，黎明號團隊利用計算機模擬發現，這場撞擊產生的熱量大部分在500萬年左右就已消散。

一些明亮的鹽點是在過去的400萬年間出現的，因此其成因不可能是那場撞擊。相反，那些液體一定來自一個古老的、很深的鹽水儲層。

由於行星不同地區的引力會隨著地貌和地殼密度而輕微變化，而谷神星上的重力變化揭示了疑似的鹽水源頭。當黎明號繞著谷神星運動時，其速度會發生微小變化，研究人員通過這一速度變化推斷出谷神星不同地區的引力變化。

研究人員將這一數據與谷神星的地形結合之後發現，歐卡托撞擊坑下的土地密度比周圍的地殼密度小。撞擊坑下方似乎有兩個MM糖豆一樣的橢圓體鹽水水庫。較大的那個水庫寬約418千米，位於撞擊坑的正下方48千米處、谷神星地殼的底部。較小的水庫寬約193千米，位於撞擊坑東南方的地下19千米處。

“如果你要去鑽探，你可能會先到達一個含水層，然後就會有非常冷的鹽水冒出。”華盛頓大學聖路易斯分校的行星科學家Bill McKinnon（並未參與新研究）說道。

遠古海洋滲出地面的殘留物

這張照片是谷神星上歐卡托撞擊坑的坑壁，由美國宇航局的黎明號航天器於2018年7月5日在43千米的高度拍攝。

圖源：NASA/JPL-CALTECH/UCLA/MPS/DLR/IDA

研究團隊推斷，這些一汪汪鹽水是谷神星上一個較大的、甚至可能是全球性海洋遺留下來的。正如冬天在路面撒融雪鹽一樣，溶解的鹽能使水在冰點以下仍然保持液態。就谷神星而言，鹽水的溫度估計為-5.5℃，需要大量鹽，並可能混合了渾濁的、細粒的礦物質。

那些鹽水“絕對不適合潛水，它們更像是一大片沼澤。”論文的合著者、噴氣動力實驗室行星科學家及黎明號團隊成員Julie Castillo-Rogez說道。

無論是什麽東西撞上谷神星並造就了歐卡托撞擊坑，它都啟動了冰火山運動，從而把鹽水礦物帶到了地表。與地球上的火山不同，谷神星上的冰火山是地殼中的水結冰、膨脹後，擠壓地下鹽水而開始發展的。

歐卡托撞擊使谷神星地殼裂開，地下深處的鹽水利用裂紋湧出地表。當鹽水到達地表後，水蒸發消失，留下了我們今天看到的明亮的含鹽沉積物。

一些觀測結果甚至顯示谷神星上的活動仍在進行中。在上述7篇論文之一中，意大利國家天體物理研究所的行星科學家Maria Cristina De Sanctis帶領的團隊發現了歐卡托亮斑中包含水化氯化鈉的證據。研究人員稱，這種鹽裡的水分會在到達地表100年內散入太空。這種化合物中仍然含水，因此，谷神星的冰火山可能仍然在噴發中。

“很有可能火山仍然是活動的，原因在於水仍然少量地往上湧。”黎明號團隊成員、德國馬克斯•普朗克太陽系研究所行星科學家、幾篇新論文的合著者Andreas Nathues說道。

太陽系裡冰凍星球眾多

黎明號，以及2015年飛掠冥王星的美國宇航局新視野號航天器都發現，小型的冰凍天體比我們之前想象的活躍得多，拓展了科學家對許多地外星球地質特徵的想象。

與谷神星及其亮點一樣，新視野號的合作研究員McKinnon說：“每顆行星似乎都有特別之處。地質是它們的韻腳，但從不重複。”

Castillo-Rogez帶領的團隊近日向美國宇航局提議對谷神星進行一項采樣-返回任務，不過該任務的發射時間不會早於2031年，因為該提議需要多年才能批準、設計並建造航天器。該任務將從歐卡托撞擊坑的地表采集100克礦物並發回地球。

Raymond說，100克聽起來可能不多，但這些樣品代表著比我們之前所能研究的物質更為原始和原生態。“通過深入研究這類天體中的細節，我們將學到很多很多。”

（譯者：mikegao）