重描谷神星：最接近的矮行星被揭示为冰冻的海洋世界

谷神星是太阳系中发现的第一颗小行星，自 1801 年朱塞佩-皮亚齐发现谷神星以来，天文学家和行星科学家一直对它着迷不已。 谷神星表面因撞击而形成的严重坑洼，让许多人认为这颗小行星/矮行星并不结冰。

普渡大学和美国国家航空航天局喷气推进实验室的发现表明，以前被认为是干燥小行星的谷神星实际上可能由90%的冰组成，这将重塑我们对其结构和历史的认识。 (矮行星谷神星在这些假色效果图中显示，突出了表面材料的差异）。 图片来源：NASA/JPL

研究表明，最初被认为是岩石的谷神星主要是冰构成的，这挑战了先前的观点。这些发现揭示了谷神星过去可能是一个泥质海洋世界，模拟结果支持其存在坚固的冰壳。 这重新将谷神星定义为研究地外海洋的关键地点。

然而，普渡大学和美国国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）最近的研究却表明并非如此。 他们现在认为，谷神星主要是冰质的，可能曾经孕育过泥质海洋。 普渡大学地球、大气和行星科学系的博士生伊恩-帕默罗（Ian Pamerleau）和助理教授迈克-索里（Mike Sori）在《自然-天文学》（Nature Astronomy）上发表了他们的研究成果。 该研究小组与JPL的研究科学家詹妮弗-斯卡利（Jennifer Scully）一起，利用计算机模拟研究了谷神星陨石坑数十亿年的变形过程。

根据美国宇航局黎明号宇宙飞船的观测数据绘制的矮行星谷神星。 资料来源：美国国家航空航天局

索里说："我们认为，在谷神星表面附近有大量的水冰，而且随着深度的增加，水冰会逐渐减少。人们曾经认为，如果谷神星非常冰冷，那么陨石坑就会随着时间的推移迅速变形，就像地球上流动的冰川，或者像粘稠流动的蜂蜜。 然而，我们通过模拟证明，在谷神星的条件下，只要混入一点点坚硬的岩石，冰的强度就会比之前预测的大得多。"

研究小组的发现与之前认为谷神星相对干燥的观点相矛盾。 人们普遍认为，谷神星的冰含量低于 30%，但索里的团队现在认为，谷神星表面的冰含量更接近 90%。

索里说："我们对这一切的解释是，谷神星曾经是一个'海洋世界'，就像欧罗巴（木星的卫星之一）一样，但有着一个肮脏、泥泞的海洋。随着时间的推移，浑浊的海洋结成了冰壳，冰壳中夹杂着一些岩石物质。"

帕默罗解释了他们是如何利用计算机模拟来模拟谷神星上的陨石坑在数十亿年的时间里是如何发生松弛的。

"即使是固体也会在漫长的时间尺度内流动，冰比岩石更容易流动。 "他说："陨石坑有很深的凹陷，会产生很高的应力，然后松弛到较低的应力状态，通过固态流动形成较浅的凹陷。 因此，NASA"黎明号"任务之后得出的结论是，由于缺乏松弛的浅环形山，地壳不可能那么冰冷。 我们的计算机模拟考虑到了冰的一种新的流动方式，其中只掺杂了一点点非冰杂质，这就使得冰含量很高的地壳即使经过数十亿年也几乎不会流动。 因此，我们可以得到一个富含冰的谷神星，它仍然与观测到的缺乏陨石坑松弛现象相吻合。 我们在这些模拟中测试了不同的地壳结构，发现近地表冰含量高、随深度下降冰含量低的渐变地壳是限制谷神星陨石坑松弛的最佳方式"。

索里是一位行星科学家，主要研究行星地球物理学。 他的团队研究行星内部、行星内部和表面之间的联系，以及航天器任务可能解决的问题。 他的工作涉及太阳系的许多固体天体，从月球和火星到外太阳系的冰冻天体。

"谷神星是小行星带中最大的天体，也是一颗矮行星。 我想，有时人们会把小而疙疙瘩瘩的东西当成小行星（它们中的大多数都是！），但谷神星实际上看起来更像一颗行星，"索里说。"它是一个大球体，直径在950公里左右，表面有陨石坑、火山和滑坡等特征。"

2007 年 9 月 27 日，NASA 发射了黎明号任务。 这项任务是第一个也是唯一一个绕两个地外目的地--原行星灶神星和谷神星--运行的航天器。 虽然黎明号于 2007 年发射，但直到 2015 年才到达谷神星。 它绕着这颗矮行星运行到 2018 年。

"我们利用'黎明号'数据进行了多次观测，发现了谷神星上富含冰的地壳，可以抵御陨石坑的松弛。 不同的表面特征（如凹坑、圆顶和滑坡等）表明谷神星的近地表下含有大量的冰，"Pamerleau 说。"光谱学数据还显示，这颗矮行星的碎屑岩下应该有冰，重力数据得出的密度值非常接近冰的密度值，特别是不纯冰的密度值。 我们还获取了谷神星上一个实际复杂陨石坑的地形剖面图，并用它来构建我们一些模拟的几何图形。"

索里说，由于谷神星是最大的小行星，根据从地球上对其质量的一些估计，人们怀疑它可能是任何冰质天体。这些因素使它成为航天器访问的最佳选择。

"对我来说，如果我们是对的，这一切令人兴奋的部分就是我们有一个离地球很近的冰冻海洋世界。 谷神星可能是外太阳系中拥有海洋的冰卫星的一个有价值的比较点，比如木星的卫星木卫二和土星的卫星恩克拉多斯，"索里说。"我们认为，谷神星是宇宙中最容易接近的冰雪世界。 这使它成为未来航天器任务的重要目标。 我们在谷神星表面看到的一些明亮特征是谷神星泥质海洋的残留物，现在大部分或全部冻结，喷发到表面。 因此，我们有了一个从古老海洋世界的海洋中采集样本的地方，而将航天器送往这个地方并不困难。"

编译自/SciTechDaily