马赛克图像，其中假色突出了不久前露出的盐水（含盐液体）。盐水是从谷神星地壳下的深层储层被推上来的。在这张刻瑞斯陨石坑（Occator Crater）区域的照片中，其呈现红色。图片来源：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
在2015年抵达矮行星谷神星（Ceres）后，美国航空航天局（NASA）的“黎明号”（Dawn）飞船探测到了一个奇异的世界，那里有曾经像岩浆一样流动和喷发的冰。在任务的最后一个阶段（于2018年结束）中，“黎明号”掠过了距刻瑞斯陨石坑（Occator Crater）35公里（即22英里）的区域。这是一个宽92公里的陨石坑，其中散布着明亮的碳酸钠和其他矿物的沉积物。7月27日，《自然》（Nature）系列刊物的三个期刊用七篇论文展示了此任务团队的数据分析结果，这些论文对刻瑞斯陨石历史的描述是迄今为止最完整的，并证实了过去关于谷神星表层下可能存在液态水的猜测。然而，这个所谓的含水区域有多大范围仍是未知。
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“这是最后一组真正呈现探测数据并提供团队最好解释的论文，”Carol Raymond说。她是美国航空航天局喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）的研究员，也是“黎明号”的副首席研究员。“现在这些数据已经公开，每个人都可以查看。我相信我们会在未来得到更多认识。”
在“黎明号”任务的早期阶段，研究人员推测，沉积物中的矿物被液态水带到地表，随后液态水蒸发。它们中最年轻的沉积物的形成时间距今仅400万年，而造成刻瑞斯陨石坑的撞击发生在大约2000万年前。这个时间差异让科学家们无法确定，液态水是最初以冰的形式存在，然后被撞击的热量融化，还是始终以液态的形式存在于地下储集层中。
为了找到答案，研究团队记录了飞船在整个轨道中速度的变化，以建立谷神星重力场的详细分布图，从而揭示不同区域地壳的密度高低。然后，Raymond和她的同事将地壳的密度分布图与富含冰层的地壳的传热模型结合起来，重建了刻瑞斯陨石坑的撞击结果。Raymond表示，她们的发现“开辟了一种新的方式”，来思考谷神星（小行星带中最大的天体）及类似天体的地质结构。撞击产生的能量在地表附近形成了液态水的“融化室”，并使地壳破裂。Raymond说，这些裂缝将融化室与地下35公里处的液态水储集层连接了起来。在数百万年的过程中，随着融化室逐渐冻结，盐水通过裂缝网络上升。到达地面后，水在接近真空的环境中迅速汽化，留下碳酸钠和其他盐。
高分辨率的数据也让研究人员能够更仔细地研究明亮沉积物的组分。刻瑞斯陨石坑中央圆顶反射的光和热辉光（thermal glow）有着细微变化，她们在其中发现了一种叫做冰盐（hydrohalite）的矿物的存在，这种矿物本质上是由食盐和冰形成的晶体。这种矿物在地球的海冰中很常见，但从未在太阳系其他地方被发现过。计算表明，冰盐一旦暴露在谷神星表面，其中的冰会在大约100年后消失，留下固体氯化钠（这是“黎明号”的仪器无法探测到的）。因此，冰盐的存在表明，现在还有盐水正继续上升到星球表层。“我们证实了这一正在进行的地质活动。”Raymond说。她是这七篇论文的合作作者。
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Julie Castillo-Rogez在《自然-天文学》（Nature Astronomy）的一篇评论文章中称谷神星是一个“海洋世界”。她是美国航空航天局喷气推进实验室的行星科学家，也是这组论文中六篇文章的合作作者。“在获得探测任务的早期结果后，我们就一直在怀疑谷神星存在液体，”她说，“但现在我们有了更多证据。”然而其他科学家说，根据目前的数据，称这颗矮行星为海洋世界是夸大其词了。
“我仍然对谷神星的地下海洋持怀疑态度，”史密森学会（Smithsonian Institution）的地质学家Jim Zimbelman说，“模型是非常棒的，但我需要看到一些明确的地球物理证据以表明海洋在不久的过去存在，更不用说证明今天仍然存在。”他没有参与这项研究。美国亚利桑那州立大学（Arizona State University）的Mikhail Zolotov曾是七项研究之一的顾问，但他并没有直接参与这项工作。他对高分辨率的重力数据表示认可，但认为谷神星存在盐水储集层这一结论是“一厢情愿”。2009年，他提出谷神星的地壳是多孔结构的，几乎没有冰，他仍然认为这个解释比“黎明号”的结论更可信。“对许多数据的解释并不是唯一的，”他说，“我们不需要用冰来解释探测结果。”
Lindy Elkins-Tanton是美国航空航天局即将进行的小行星灵神星（16 Psyche）探测任务的首席研究员，她没有参与谷神星的研究。她说，她发现盐水储集层的证据是“可信的”，但她怀疑它是否大到可以被认为是海洋。她觉得，最重要的新发现是“一个小型天体正在发生的地质‘活动’的热量可能来自撞击，”她说，“而实际上并不一定是来自天体的原始热量。”Elkins-Tanton说，在其他小行星和卫星上类似的地质过程也可能引发那些被认为先于生物生命的化学反应。
在完成了“黎明号”对谷神星的最后探测后，科学家们现在正在考虑下一步的任务。7月27日，Castillo-Rogez向美国航空航天局提交了一份关于下一步任务的报告，以作为行星科学和天体生物学十年调查（Decadal Survey on Planetary Science and Astrobiology）的一部分。该调查将确定美国航空航天局在未来2023年到2032年间的研究重点。她和其他科学家希望航天器能在刻瑞斯陨石坑着陆，以更详细地研究盐水的组成。那些关于小行星带中其他天体首次探测的提议将与Castillo-Rogez的项目竞争。“挑战在于提出科学目标，真正抓住美国航空航天局和科学界的注意力，让他们愿意放弃探测小行星带中的其他天体。”Zimbelman说。
亚利桑那州立大学的行星科学家Joseph O’Rourke不是“黎明号”团队的成员，他认为，谷神星存在盐水层的可能性使其成为“有绝对吸引力的进行未来探索的地点”。Elkins-Tanton同样认为获取更多关于“盐水”的信息将是有价值的。但在她看来，论文中讨论的谷神星其他地质细节，对科学家更广泛地理解太阳系的意义有限。“如果你对谷神星这样的小星球的具体地质情况感兴趣，你可以问一百万个问题，做一百万个事情。”她说，“但我对科学的所有兴趣实际上只依赖于大科学问题。”
无论美国航空航天局是否向谷神星发射另一艘飞船，行星科学家们都一致认为“黎明号”任务是开创性的。作为第一个完成对地球以外的两个天体进行绕行和探测的飞船(它在继续探测谷神星之前访问了灶神星（Vesta)），“黎明号”“在工程方面是革命性的”，Zimbelman说。从科学的角度来看，O’Rourke说，“这表明了你可以怎样去到未知的地方，并发现令人惊喜的东西，这正是行星科学的真正意义。”
作者：Scott Hershberger，2020年美国科学促进会（AAAS）大众媒体研究员，供职于《科学美国人》。他曾在圣路易斯的华盛顿大学学习物理和数学。
翻译：黄灏
审校：曾小欢
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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