灶神星礦物的歷史

06-05

原文標題：Vesta』s rocky history

原文來自：Max-Planck-Institut Gesellschaft Posted: 2014. 7. 4

在原行星灶神星上發現的暗色物質中含有蛇紋石，因此這樣的物質必然有著外來的起源。

岩石是無聲的故事講述者，由於每種礦物只在特定的條件下形成，它們為所在天體的演化提供了線索。來自德國馬普太陽系所的科學家現在開始通過在原行星灶神星上發現的謎樣暗色物質來提取這樣的故事。研究者使用NASA黎明號探測器框架照相機獲取的數據，第一次成功辨認出了這種物質中的礦物成分——蛇紋石。新的發現為暗色物質起源之爭划上了句號，它必然是通過原初小行星的碰撞來到灶神星的。

所謂的暗色物質散布在原行星灶神星的表面上，這是灶神星最不尋常的特徵之一。自從黎明號於2011年7月抵達這裡之後，這種物質（對光線的吸收能力與煤灰相當）就激起了科學界的討論。它是由什麼成分組成的？它起源於何方？它能告訴我們關於灶神星這樣一個獨特天體的什麼信息？這一天體已經邁上了形成行星的第一步，但是在大約45億年前就在早期演化階段停滯不前了。

在新的研究中，來自馬普太陽系研究所的研究者回答了這些問題的一部分。差不多一年之前，研究者確定，暗色物質富含碳元素。現在他們又辨認出，含硅的蛇紋石是暗色物質的組分之一。來自MPS的安德里亞斯·納圖爾斯（Andreas Nathues）說：「能夠辨認出複雜的礦物，而非單獨的元素或者是OH族這樣的簡單化合物，對我們幫助很大。」

努米西亞I：位於赤道以南的努米西亞（Numisia）環形山直徑為30千米。NASA黎明號探測器照相機使用透明濾光片拍攝的照片展示了環形山側壁上的暗色物質，還有撞擊事件拋出的物質。（圖片版權：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA）

與其他礦物一樣，蛇紋石只會在特定的條件下才會形成，壓力和溫度既不能太高，也不能太低。如果氫等其他元素在場，就會形成不同的礦物。納圖爾斯說：「探測到這一礦物是暗色物質的成分，這為我們提供了全新的信息。我們不再受限於回答『暗色物質是由什麼組成的』這樣的問題。這種礦物告訴了我們它所接觸的條件。」

舉例來說，蛇紋石無法承受400攝氏度以上的高溫。MPS的馬丁·霍夫曼（Martin Hoffmann）總結說：「暗色物質因此就不會暴露在高熱環境中。」由於灶神星與小得多的小行星不同，它一度經歷過高溫和熔融過程，暗色物質一開始應該並不屬於這一原行星。一些科學家所猜測的火山起源說也可以被排除掉了。

努米西亞II：照相機系統使用彩色濾光片將反射光分離成了不同波長的成分，以使努米西亞環形山附近地表組分的進一步差異顯現出來。研究者在這樣的數據中發現了蛇紋石的特徵。（圖片版權：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA）

霍夫曼說：「唯一合理的解釋是小行星的碰撞。」他指出，一些原初隕星通常含有蛇紋石。它們被看作是富碳小行星的碎片。撞擊速度必然相對較低，原因是高速碰撞的小行星會產生高溫，摧毀蛇紋石。在先前的研究中，來自MPS的科學家計算出了在這樣的事件中暗色物質應該如何分布在灶神星的表面上。在星球南半球兩座大型隕擊盆地中的一座的邊緣處，物質的實際分布與他們的結果相符。

當前這一結果的關鍵是對黎明號在2011年7月到2012年9月環繞灶神星運行期間拍攝的照片進行精確的分析。照相機系統的7組彩色濾光片可以區分出灶神星反射光中的特定波長，從而探測到某種特定元素的特徵。框架照相機的首席研究員納圖爾斯這樣解釋測量過程中面臨的特定挑戰：「暗色物質分布的區域是在不太大的陡峭環形山的側壁上。有些時候環形山的尺度只有數百米。」只有仔細校準儀器，才能從數據中提取出這樣的新信息。此外，研究者還使用了黎明號可見光和紅外測繪光譜儀的數據。

為了證實蛇紋石的發現，研究者還檢查了實驗室中的混合礦物以及含有蛇紋石的隕石。這些樣本的特徵與灶神星的數據符合得很好。

造訪灶神星和穀神星的黎明號探測器由帕薩迪那（Pasadena）加州理工學院所屬的NASA噴氣推進實驗室為華盛頓的NASA科學任務理事會管理。加州大學洛杉磯分校負責黎明號的整體科學任務。黎明號框架照相機是由德國哥廷根（G?ttingen）馬普太陽系所領導開發建造的，DLR德國航空航天中心，柏林行星研究所對其作出了貢獻，合作方包括不倫瑞克（Braunschweig）的計算機和通信網路工程研究所。框架照相機由馬普學會、DLR以及NASA/JPL贊助。

可見光和紅外測繪光譜儀由義大利空間局提供，由羅馬的義大利天體物理國家研究所與儀器的建造商賽萊克斯-伽利略（Selex Galileo）公司協同管理。

（全文完）