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谷神星冒出水蒸气 美国飞船将实地考察
转自:新浪科技 时间:2014年1月27日19:30

示意图:谷神星是一颗矮行星,运行在介于火星和木星轨道之间的小行星带位置上示意图:谷神星是一颗矮行星,运行在介于火星和木星轨道之间的小行星带位置上
这张图显示了接收到的谷神星水汽信号的波动性这张图显示了接收到的谷神星水汽信号的波动性

  新浪科技讯 北京时间1月24日消息,据美国宇航局网站报道,天文学家近日利用“赫歇尔“空间望远镜首次获得确凿证据,证明在小行星带最大,最圆的天体——谷神星上有水蒸气冒出。

  科学家们认为这是谷神星地表冰层在偶尔局部受热时出现的现象。按照划分,谷神星是一颗矮行星,这说明它比小行星要大,但比大行星要小。赫歇尔是一台欧洲空间局(ESA)研制发射的空间望远镜设备。

  有关此项发现的论文已经发表在最近一期出版的《自然》杂志上,该论文的第一作者是欧空局的西班牙科学家迈克·库伯斯(Michael Küppers)。他说:“这是我们首次找到确凿证据,证明在谷神星上存在水蒸气,这是在小行星带内任何天体上的首次发现。它证明谷神星拥有冰冻的表面和大气。”

  这一结果来的非常及时,因为此时美国宇航局的黎明号探测器正在飞往谷神星的路途中。此前黎明号花费一年多时间围绕4号小行星灶神星开展了观测活动。按计划,黎明号将在2015年春季抵达谷神星,随后将开展对谷神星的详细观测工作。

  美国宇航局喷气推进实验室(JPL)黎明号项目科学家卡罗尔·雷蒙德(Carol Raymond)表示:“我们正有一艘飞船在赶往谷神星的路途中,因此我们将不必等待很久就将能获得有关这一消息的更多细节,来自第一现场的新鲜资料。”他说:“黎明号将在抵达后对谷神星地表的地质与化学情况进行高分辨率探测分析,尝试找出产生这种排气现象的过程机制。”

  在此之前,谷神星一直被作为太阳系最大的小行星对待。但是在2006年,国际天文学联合会(IAU)通过决议,将谷神星划入一个新的类别:矮行星。谷神星直径大约有950公里,于1801年被首次发现,当时天文学家们以为发现了一颗轨道位于火星和木星之间的新的大行星。但很快他们在大致相同的轨道距离内又接连发现大量的这类小天体,人们才逐渐意识到太阳系的这一区域存在一个小行星带。

  科学家们相信谷神星的结构大致是内部岩石,加上外部被一层厚厚的冰层覆盖。如果这层冰盖融化,其蕴含的淡水量将超过整个地球上的淡水储量。组成谷神星的物质可能可以追溯到太阳系形成后最初的数百万年,那时大行星还尚未形成。

  不过,在此之前人们都还只是从理论上猜测谷神星上应当存在大量水冰,但从未有过确凿的证据。而这次的发现则填补了这个空白。研究人员使用赫歇尔空间望远镜在远红外波段对谷神星进行观察,最终在光谱信号中识别出清晰的水蒸气信号。但赫歇尔望远镜并非每次都能观测到这种水蒸气信号。在其开展的对谷神星的4次观测中,有一次观测没有发现水汽信号。

  科学家们目前对这一现象给出了初步的判断:谷神星的轨道是一个椭圆,当其运行至距离太阳较近的轨道位置时,由于温度上升,其地表冰层的一部分发生受热蒸发,水汽向空间散逸的速率大约是每秒6公斤。而当谷神星抵达其轨道上远离太阳的位置时,便不再出现水汽蒸发散逸的现象。

  另外,观测光谱中的信号还存在小时尺度,星期乃至月份尺度上的变化,这是因为谷神星自身存在自转,因此发生水汽散逸的地点会周期性的转入或转出赫歇尔望远镜的观测视野。这一特点让研究组得以将发生水汽散逸的地点确定在谷神星表面的两块暗色区域,这两块颜色较深的区域此前美国宇航局的哈勃空间望远镜以及地面上的大型望远镜都曾经观测到过。之所以水汽蒸发会发生在这样的位置上,可能是因为暗色区域更容易受热升温。而当2015年黎明号飞船抵达谷神星之后,科学家们将终于可以近距离对所有这些谜团进行详尽的实地考察。

  事实上谷神星上探测到水汽信号的消息出乎很多人的预料。人们知道彗星一般都会喷射一些尘埃和水汽流,但小行星带中的天体就很少听到会有这样的情况。

  美国宇航局喷气推进实验室的科学家李孙旺(音译:Seungwon Lee)和同样来自JPL的保罗·冯·奥曼(Paul von Allmen)共同参与设计了这项研究中使用的水汽研究模型。他说:“我们之前便知道有关某些主带小行星表现出类似彗星性质的现象,但这次是首次在一颗类小行星天体上直接探测到水蒸气。”

  这项发现是一个名为“基于赫歇尔望远镜观测11颗小行星和彗星”(MACH-11)的观测计划结出的硕果。该计划的目的是使用赫歇尔空间望远镜,对11颗已经被探测器造访,或者未来即将被造访的小天体进行观测,其中就包括此前被美国宇航局深度撞击探测器撞击过的小天体,以及不久的将来美国宇航局即将实施的“OSIRIS-Rex”飞船计划将要造访的探测目标。欧空局科学家劳伦斯·欧-罗尔科(Laurence O' Rourke)担任MACH-11观测项目的首席科学家。

  赫歇尔空间望远镜由欧洲空间局(ESA)研制,其载荷由欧洲和美国的各大相关研究机构提供。尽管从2013年4月份开始,由于冷却剂耗尽,这台设备已经停止开展观测工作,但科学家们仍在继续分析其此前获得的大量数据。

  而黎明号探测器是由美国宇航局实施的首次矮行星考察计划,利用一艘飞船借助变轨,同时实现对灶神星和谷神星的考察目的。该计划由宇航局喷气推进实验室(JPL)负责管理。该项目隶属于美国宇航局由马歇尔空间飞行中心负责管辖的“发现”(Discovery)项目之下,美国加州大学洛杉矶分校负责飞船的科学探测工作。飞船本身则由弗吉尼亚州的轨道科学公司负责设计和制造。德国马克斯普朗克太阳系研究所,意大利空间局以及意大利国家天体物理研究所共同作为合作伙伴参与到了黎明号飞船项目之中。

(编辑:万凯敏)

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