星际冰川｜NASA SPHEREx探测器绘制银河系巨大冰区地图

NASA的SPHEREx（宇宙历史、宇宙再电离与冰探测分光光度计）任务，以前所未有的规模绘制了星际冰的分布图。

它在银河系中发现了跨越超过600光年的巨大冰区，这些冰存在于巨型分子云内部，那是气体和尘埃高度聚集的区域，在引力作用下，致密物质团块会坍缩，最终诞生新的恒星。

这项研究成果已于本周三发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。

SPHEREx的核心目标：绘制星际冰的化学“指纹”

SPHEREx的主要任务之一，就是绘制各种星际冰的化学特征图。这些冰包括水冰、二氧化碳冰、一氧化碳冰等分子，它们是宇宙中生命化学形成的关键原料。

这些由 NASA 的 SPHEREx 任务所做的观测，揭示了银河系天鹅座 X 恒星形成区内巨大的冰冻复合体。水冰在左侧呈现为明亮的蓝色结构，精确地覆盖在星际尘埃的暗带之上，而这些尘埃在右侧以不同波长显示。

图源：NASA

科学家认为，这些附着在微小尘埃颗粒表面的冰库，是宇宙中大部分水的形成和储存场所。地球海洋中的水、彗星中的冰，以及银河系其他行星和卫星上的冰，都起源于这些星际冰区。

“这些巨大的冰冻复合体就像‘星际冰川’，能够为未来在该区域诞生的新太阳系提供海量水资源。”研究合著者、加州理工学院SPHEREx仪器科学家Phil Korngut说，“我们现在看到的，是一张可能降临在新生行星上、并孕育未来生命的物质地图，这是一个深刻的想法。”

凭借强大的光谱能力，SPHEREx可以精确测量分子云内外各种冰以及多环芳烃（PAHs）等分子的含量，帮助科学家更好地理解它们的组成和所处的环境。

为什么SPHEREx如此特别？

此前，詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）和已退役的斯皮策太空望远镜都曾在银河系中探测到水冰、二氧化碳冰等分子，但SPHEREx是首个专门设计用于全天大规模红外光谱巡天的红外任务，能够在整个天空寻找这些分子。

“我们原本预期只会在明亮恒星前方探测到这些冰，恒星的光像探照灯一样，照亮我们和恒星之间空间的冰。”论文第一作者、哈佛-史密松天体物理中心（CfA）的Joseph Hora说，“但这次不同。当我们沿着银河平面（银河系大部分恒星、气体和尘埃集中的区域）观测时，有大量弥漫背景光穿透整个尘埃云，SPHEREx能以前所未有的细节呈现冰的空间分布。”

SPHEREx于2025年3月11日发射，由NASA喷气推进实验室（JPL）管理。它能以102种不同颜色（即102个红外波长）观测天空。到2025年底，它已完成四张全天红外地图中的第一张，绘制了数亿个星系的三维位置，为解答宇宙起源、水的起源和生命起源等重大问题提供数据。

冰的起源与“星际冰川”

利用SPHEREx对多种冰分子的映射，研究团队深入观测了银河系天鹅座X区（Cygnus X）和北美星云区域的众多分子云。

在尘埃最密集的区域，可见光被暗黑的纤维状尘埃带完全遮挡。而SPHEREx的红外“眼睛”则揭示了不同冰分子（它们会吸收特定波长的红外光）最密集的位置。

这一发现支持了主流假说：星际冰形成于微小尘埃颗粒表面（这些颗粒比蜡烛烟尘还小），而致密尘埃区能保护冰免受新生恒星发出的强烈紫外线辐射。

但不同冰的形成方式并不相同。

“SPHEREx的‘大图景’视角让我们能够研究影响星际空间大范围冰形成速率的环境因素，这是以前做不到的。”合著者、CfA天文学家Gary Melnick说。

特别值得一提的是，SPHEREx能同时探测水冰和二氧化碳冰的不同丰度，这两种冰对环境因素的响应完全不同。例如，附近大质量年轻恒星发出的强紫外线，或对尘埃颗粒的加热，会以不同方式影响各种冰的含量。

这对于该任务来说只是个开始。SPHEREx的观测将为科学家提供一个强大的工具，用以探索银河系的各个组成部分、导致恒星和行星形成的星际介质物理学，以及将生命所需分子输送到新生行星的化学过程。

参考

https://www.nasa.gov/missions/spherex/interstellar-glaciers-nasas-spherex-maps-vast-galactic-ice-regions/