美國宇航局的「黎明號」探測器解開了矮行星穀神星的多重謎題
2023-03-31 10:17:19
黎明變成光明展現穀神星霧
插圖:這張完整的地圖顯示了穀神星表面明顯的光澤，包括超出人類視覺範圍的紅外波長。資料來源:美國航天局/JPL-加州理工學院/加州大學洛杉磯分校/公共安全部/德國航天中心/國際開發協會
就在幾年前，哈勃0+望遠鏡從數百萬英裡外拍攝的穀神星地圖是歷史上最高的解析度，但只能看到大約20英裡(32公裡)大小的特徵。今天，美國國家航空航天局的黎明號宇宙飛船，美國國家航空航天局空，剛剛發布了它在離地球表面僅240英裡(385公裡)的軌道上拍攝的圖像，所以我們現在可以在穀神星上分辨出小至115英尺(35米)寬的特徵。我們過去發現的區域不僅與我們的月球有些相似，布滿了中小規模的環形山，而且還有大量未解之謎，包括沒有大環形山，奇怪的白色亮點分布在沿表面的不同位置，其地殼的化學成分五花八門。
然而，新發布的數據已經解開了許多謎團，結果相當驚人。除了照相機，黎明探測器上還有許多精密的儀器，它們對顏色差異、分子的存在與否、伽馬射線的發射等都很敏感。以下是我們剛剛發現的三個關鍵點，每一個都說明科學是一個漸進的過程，並且總是會有新的知識來回答新的問題。
插圖:這張由美國宇航局的黎明探測器在美國宇航局空拍攝的照片顯示了亮暗對比點。這個視角可以突出穀神星表面微妙的顏色差異。在這張照片中，奧卡託隕石坑的亮點以增強的顏色出現。資料來源:美國航天局/JPL-加州理工學院/加州大學洛杉磯分校/議員/德國航天中心/國際開發協會/防擴散安全倡議/LPI
早在去年12月，我們就知道鹽是穀神星奧卡託隕石坑白色亮點的主要成分，但是為什麼這些亮點如此明亮和獨立仍然是個謎。這些鹽灘比穀神星表面的其他地方更亮，甚至比其他白點更亮。它們反射的陽光比其他任何地方都多，並且只存在於這個隕石坑的底部。
這組新數據給出了一個很好的解釋:我們看到的明亮的鹽灘位於一個圓頂狀區域的頂部，這個區域的海拔比迄今為止在該領域中探測到的任何其他地方都要低。奧卡託隕石坑有4公裡(2.5英裡)深。中心頂部這些鹽的來源是一個鼓舞人心的特徵。它們只出現在幾個獨立的沉積點。
一個撞擊物——造成隕石坑的那一個——激發了地表下的揮發物和水。礦物質溶解在水中，當水蒸發/升華時，鹽就會保留下來。
造成隕石坑的撞擊現象在隕石坑底部留下了一個機會，而一個地質特徵，一種未知類型的噴發，利用這個機會沉積鹽類。
或者，喀斯特裂縫、圓頂裂縫和坑壁條紋都指向地質活動，這可能是地下冰/水的漂浮，並留下鹽沉積的痕跡。
這個隕石坑的年代學需要更好的測繪和對隕石坑壁、地面和圓頂的改進的幾何分析，這將有助於我們確定哪個解釋是最合理的。
插圖:這張彩色的穀神星全球地圖是由馬賽克製成的。資料來源:美國航天局/JPL-加州理工學院/加州大學洛杉磯分校/公共安全部/德國航天中心/國際開發協會
穀神星可能有地下冰，但在極地曙光號上只有一個儀器——伽馬射線和中子探測器(GRAND)——它從去年12月就開始從穀神星獲取數據。伽馬射線和中子是從宇宙射線與穀神星上的礦物相互作用的地方發射出來的。在穀神星的大部分表面，它已經證實了碳基和矽基礦物的存在，中子的數量大致相同，這是證據。但是在極地(包括北極和南極)的中子比其他任何地方都少，這表明在這些高緯度地區有更多的氫。
插圖:這個圖顯示了穀神星北半球的一部分，以及美國宇航局黎明探測器的伽馬射線和中子探測器的中子計數數據。資料來源:美國航天局/JPL-加州理工學院/加州大學洛杉磯分校/義大利航天局/INAF
當然，氫是水的關鍵成分。然而，在兩極的任何地方都看不到水，這表明它可能以地表水的形式存在，可能在穀神星表面物質的一米(3英尺)範圍內。隨著GRaND的數據在未來繼續可用，我們應該能夠確定這些地方的水的形式和豐度。「我們的分析將驗證一項長期預測，即水冰可以在穀神星寒冷的高緯度地表下存在數十億年。大儀器公司的負責人湯姆·佩特曼說。
插圖:這張照片是在牛津火山口拍攝的。資料來源:美國航天局/JPL-加州理工學院/加州大學洛杉磯分校/公共安全部/德國航天中心/國際開發協會
Oxo是穀神星上第二亮的隕石坑，是唯一有地表水的地方。這個9公裡(6英裡)寬的隕石坑可能非常年輕，因為水冰只能在陽光下升華幾百萬年，顯然比世界壽命短得多。隕石坑中幾乎所有的地表水都乾涸了，所以隕石坑要麼是新形成的隕石坑，要麼是山體滑坡暴露了水。未來的分析應該能夠揭示表面上是否有其他水冰(密度低於目前發現的水冰密度)，並確定這是純水冰還是與礦物質結合的結晶水，這將使它們比原始結構更穩定以抵抗升華。
插圖:奧卡託隕石坑直徑57英裡(92公裡)，深2.5英裡(4公裡)，是穀神星上最亮的區域。資料來源:美國航天局/JPL-加州理工學院/加州大學洛杉磯分校/議員/德國航天中心/國際開發協會/防擴散安全倡議
穀神星是小行星帶中最大的天體。正如黎明向我們展示的，它與我們繪製的另一顆小行星灶神星非常不同。正如道恩的代表卡羅爾·雷蒙德所說:「我們非常高興能夠公布這些美麗的新圖像，尤其是奧卡託隕石坑，它說明了Ceres表面過程形成的複雜性。現在我們可以以高解析度看到神秘的亮點、表面礦物質和穀神星的形態。我們正忙著找出是什麼樣的經歷形成了這顆獨特的矮行星。通過比較穀神星和灶神星，我們將獲得對早期太陽系的新見解。」這個任務可能會解決更多的謎團。
資深撰稿人伊森·西格爾
財政年度:諾諾
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