矮行星上的水分

矮行星上的水分

科學家使用赫歇爾空間天文台第一次在小行星帶最大最圓的天體——穀神星上確切探測到了水蒸汽。

據信當穀神星冰封的地表局部略微升溫後，水蒸汽組成的羽狀結構會定期從其上射出。穀神星被歸為矮行星之列，這類太陽系天體比小行星大，又比行星小。

赫歇爾是歐洲空間局（ESA）的計劃，NASA為其作出了重要貢獻。

如這張藝術概念圖所示，矮行星穀神星位於火星和木星之間的小行星主帶內。大圖與說明文字請點擊（圖片提供：ESA/ATG medialab）

來自西班牙ESA的邁克爾·屈珀斯（Michael Küppers）說：「這是第一次在穀神星以及小行星帶任何天體上確切探測到了水蒸汽，它證明穀神星有著冰封的外表以及大氣層。」屈珀斯是相關論文的第一作者，文章刊登在《自然》雜誌上。

對於NASA的黎明號探測器來說，這一結果得出的正是時候。在花費了一年多時間環繞大型小行星灶神星運行之後，黎明號正在前往穀神星的路上。按計劃黎明號將於2015年春天抵達穀神星，那時它可以拍攝穀神星地表的空前近景。

來自加州帕薩迪那（Pasadena）NASA噴氣推進實驗室的黎明號副首席研究員卡羅爾·雷蒙德（Carol Raymond）說：「我們有一架正在前往穀神星的探測器，因此不久之後我們就會得到有關這一迷人結果的更多背景信息，因為這一結果正是關於穀神星的。黎明號將以高解析度測繪其地表的地理和化學情況，揭示出驅動排氣活動的過程。」

上圖展示了在穀神星上探測到的水分吸收信號強度的變化。大圖與說明文字請點擊（圖片來源：Küppers et al.）

在過去的一個世紀里，人們都認為穀神星是我們太陽系中最大的小行星。但是在2006年，負責管理小天體命名的國際天文學聯合會出於尺度的考慮將穀神星歸為矮行星之列。它的直徑大約是590英里（950公里）。當1801年它第一次被人發現時，天文學家認為它是一顆位於火星和木星之間的行星。隨後人們又發現了其他類似的天體，這帶來了太陽系小行星主帶的發現。

科學家相信，穀神星內部有著岩石核，其外覆蓋著厚厚的冰幔，如果將冰幔全部融化，其淡水的總量將超過地球。組成穀神星的物質可能要追溯到太陽系形成之後的最初幾百萬年，在行星形成之前即已積累完畢。

直到現在，穀神星擁有冰還只是一個理論，而沒有確定性的探測。最終赫歇爾用遠紅外觀測能量看到了來自水蒸汽的清晰光譜信號。但是赫歇爾並非每次觀測都能看到水蒸汽。這架望遠鏡4次搜尋水蒸汽，有一次沒能找到信號。

科學家認為情況是這樣的：當穀神星在軌道上較靠近太陽的區域時，冰封地表的一部分會升溫，讓水蒸汽以最高每秒6千克（13磅）的速率作為羽狀噴射物逃逸而出。當穀神星處在軌道上較冷的區域時，就不會有水分逃逸了。

由於水蒸汽羽狀噴流隨星體自轉會轉入或轉出赫歇爾的視場，信號的強度每小時、每周以及每月也都存在變化。這讓科學家可以確定出，水源位於穀神星地表兩個較暗的斑塊上，NASA的哈勃空間望遠鏡以及其他地面望遠鏡先前觀測到了這兩個地方。由於暗色物質比淺色物質升溫更快，暗斑更可能噴出氣體。當黎明號抵達穀神星時，它可以探索這些區域。

這一結果有些出乎意料，原因是人們知道小行星的冰雪弟兄——彗星通常會噴出噴流以及羽狀結構，而小行星帶中的天體是不會這樣的。

來自JPL的Seungwon Lee聯合同樣來自JPL的保羅·馮·阿爾芒（Paul von Allmen）幫助建立了水蒸汽模型。他說：「彗星和小行星之間的界限愈發模糊了。之前我們知道有表現出類似彗星活動的主帶小行星，不過這是第一次在小行星一樣的天體上探測到水蒸汽。」

這項研究是赫歇爾望遠鏡測量11顆小行星與彗星（MACH-11）計劃的一部分，該計劃使用赫歇爾觀測尚未被探測器造訪的小天體，這其中包括NASA先前的深度撞擊探測器以及未來的源光譜解釋資源安全浮土層辨認探測器（OSIRIS-Rex）的目標。來自歐空局的勞倫斯·奧魯克（Laurence O" Rourke）是MACH-11計劃的首席研究員。

赫歇爾望遠鏡是歐洲空間局的基礎項目，攜帶有歐洲研究機構團體提供的科研儀器，NASA對其作出了重要貢獻。雖然在2013年4月如期耗盡冷卻劑之後望遠鏡已經停止了科學觀測，科學家仍在繼續分析它的數據。NASA的赫歇爾計劃辦公室設在JPL。JPL為赫歇爾3台科學儀器中的兩台提供了任務適應性技術。NASA的赫歇爾科學中心是帕薩迪那加州理工學院紅外處理分析中心的一部分，它為美國的天文界提供支持。

黎明號探測器由JPL為華盛頓的NASA科學任務理事會管理。黎明號是阿拉巴馬州亨茨維爾（Huntsville）NASA馬歇爾太空飛行中心為理事會管理的發現（Discovery）計劃的一部分。加州大學洛杉磯分校負責黎明探測器的全局科研。弗吉尼亞州杜勒斯（Dulles）的軌道科學公司（Orbital Sciences Corp）設計並建造了探測器。德國航空航天中心、馬普太陽系研究所、義大利空間局以及義大利國家天體物理研究所是該計劃小組的國際合作夥伴。加州理工學院為NASA管理著JPL。

2004年11月發射的雨燕衛星由戈達德中心管理。戈達德中心與賓夕法尼亞州大學園區（University Park）的賓州州立大學、新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室以及弗吉尼亞州杜勒斯（Dulles）的軌道科學公司聯合負責衛星的操控。國際合作者來自英國與義大利，另外來自德國和日本的其他合作者也作出了貢獻。

更多關於赫歇爾的信息請訪問http://www.esa.int/SPECIALS/herschel。更多關於NASA參與赫歇爾計劃的信息請訪問http://www.nasa.gov/herschel。更多關於黎明號的信息請訪問http://www.nasa.gov/dawn。