水在太阳系并不稀罕?是的,近红外光谱如是说

包锞炜    2019-06-26


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“新视野”号又有新发现!美国和法国科学家携手,借助“新视野”号提供的数据,在冥王星表面发现了氨存在的证据。研究人员在最新一期《科学进展》杂志上指出,这或许暗示着冥王星表面之下存在液态水。
 
当然,冥王星并非太阳系中唯一一个可能存在地下水的星球。木星的卫星木卫二、木卫四和木卫三以及土星的卫星土卫二和土卫四等,都显示出其内部存在类似液态水的“蛛丝马迹”。
 
冥王星表面发现氨

“新视野”号探测器是由美国国家航空航天局(NASA)于2006年发射的行星际太空探测器,其首要任务是飞掠冥王星以了解更多有关这颗遥远矮行星的信息;其第二个任务是研究柯伊伯带天体。发射后,“新视野”号飞掠木星,然后进入休眠模式,于2015年到达冥王星。随后,该探测器一直停留在冥王星附近,直到2016年底开启前往柯伊伯带的漫长征程。
 
在最新研究中,科学家们对“新视野”号飞掠冥王星时发回的数据进行深入研究,发现了氨。研究人员主要研究了冥王星表面之下名为“维吉尔沟槽”(Virgil Fossa)的区域——其呈现红褐色,这暗示其表面可能存在氨。“新视野”号提供的冥王星表面的近红外光谱表明,该区域表面的确有一些水冰和一些氨。
 
这次研究的参与者、NASA艾姆斯研究中心的行星科学家克里斯蒂娜·达勒·奥尔博士说:“氨是由氮和氢组成的化合物,是许多生物过程的基础,能降低水的冰点。”
 
孔大力进一步解释称:“氨和其他溶质的存在可以降低水的冰点,使水以液态存在的可能性增加。因此,发现氨增加了外星世界拥有液态湖泊或海洋的可能性。”
 
研究人员指出,冥王星表面存在氨表明,由于低温火山作用,这颗矮行星的表面之下可能存在液态水。在低温火山作用中,与氨混合的水要么被喷出,要么从裂缝流到周围区域。冰和氨的间距表明,水也可能被推到该地区的几个通风口。
 
研究人员强调说,尽管冥王星的表面温度为零下230摄氏度,但由于其内核放射性衰变产生的内部热量,冥王星有可能含有地下水。
 
据俄罗斯卫星网6月9日报道,除氨之外,研究人员还推测,冥王星上有海洋、脱氧核糖核酸、核糖核酸和氨基酸等有利于生命形成和进化的条件存在。
 
有多个含液态水的星球
 
日月盈昃,辰宿列张。当然,冥王星并非太阳系中唯一一颗科学家认为可能存在地下水的星球。木星的卫星木卫二、木卫四和木卫三以及土星的卫星土卫二和土卫四,都显示出其内部含有液态水的迹象。而且,和有些星球相比,地球上的水资源显得有些“小巫见大巫”。
 
单凭目前观测的结果来看,太阳系内含水量最多的星球应该是木卫二。其他的几个星球虽然根据估算含水量也远超地球,但由于缺乏直接的观测证据,所以只能排在木卫二之后。
 
科学家们对“旅行者”号探测器提供的探测数据进行研究后发现,木卫二所拥有的水资源比地球还多,堪称一颗不折不扣的“水球”。
 
木卫二“欧罗巴”是木星的第四大卫星,该星球表面覆盖着一层厚厚的冰层,科学家们估计冰层有50公里深,冰层下面可能有一个太阳系内最大的液态水海洋,估计深度为80—170公里,含水量约为地球的两三倍,是太阳系目前所发现的含水量最多的天体。
 
不过,木卫二的含水量与其邻居、太阳系内最大的卫星木卫三“盖尼米得”相比,又显得相形见绌了。通过研究木卫三上极光的微小偏移,科学家推断木卫三拥有巨大的地下海洋。据估计,木卫三厚约15万米的冰盖下,藏有一片咸水海洋,深度约10万米,为地球海洋的10倍,液态水的含量可能超过了地球的30倍。
 
此外,天王星的质量约为地球的14.5倍,科学家推测,天王星上可能有一个深度达一万公里、温度高达6650摄氏度,由水、硅、镁、含氮分子、碳氢化合物及离子化物质组成的液态海洋,估计含水总量约为地球质量的9.3—13.5倍。
 
太阳系的水从何而来
 
那么,这些星球上的水从何而来?
 
许多人通常都会有一种先入为主的观点,认为水在太空中是比较稀缺的资源,然而,事实并非如此。
 
孔大力解释说:“水是宇宙中普遍存在的分子成分。由于氢和氧两种元素在宇宙中的丰度都非常高,因此,星际空间中本身就富含水分子。此外,整个太阳系形成于巨大的星际分子云,因此,太阳系中从一开始就拥有大量水。在较靠近太阳的行星和卫星上,由于温度较高,往往难以在其表面留住水。但在太阳系距离太阳较远的地方,比如木卫二上,温度足够低,所以水可以大量地以固态或液态存在。”
 
据悉,仅就目前我们所知道的,太阳系内保有的总水量,大约是地球上水量的10万倍至20万倍,而地球的含水量大约为13.8亿立方千米。
 
在太阳系的其他星球上发现水对我们来说有何意义呢?
 
孔大力表示:“其他星球上的水,代表了这些星球可能存在生命,也为未来星际探索和旅行原位开发和利用太空水资源提供了可能。”
 
宇宙浩瀚广阔,有无数的星系和星球,因此科学家一直坚信,我们地球上的生物并非宇宙中的孤独存在,在太阳系乃至整个宇宙之中,肯定会存在很多其他生命体,只不过我们人类的技术还不够先进,没有发现它们而已。当有一天,我们可以深入木卫三、木卫二、木卫四以及火星和土卫六的表层之下时,或许,会发现生命的痕迹可能遍布整个太阳系乃至宇宙。
 
路漫漫其修远兮,科学家们仍需要不断上下求索。
 
 
番外知识:
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新视野号上的仪器载荷。图源:nasa.gov
 
远距离侦察成像仪(LORRI):大概是本次探测行动中最吸引眼球的设备,因为它将拍摄冥王星和卡戎的高清长焦单色影像,精度可达每像素100平方米。它安设在探测器的遮阳板后方,由一台卡塞格林望远镜和一块分辨率为1024×1024的CCD组成。为了在极低温度下保持刚性,同时尽可能减轻重量,这台望远镜选用轻质的碳化硅材料构建而成,也是目前世界上最大的碳化硅材质望远镜。
 
拉尔夫望远镜(Ralph):另一台在本次行动中唱主角的装置,它将拍摄冥王星和卡戎的彩色可见光和近红外影像。它的光圈直径达6厘米,装有可见光CCD、彩色滤波片和近红外光谱仪,可以从可见和近红外波段详细探知两颗星球表面的温度分布和物质构成。
 
紫外线成像光谱仪(Alice):它负责接收由冥王星及卡戎发出的远紫外和极紫外波段的信号,分析出冥王星及卡戎大气的化学组成。不仅如此,在探测器飞掠冥王星后,它还可以从背面继续接收和分析由冥王星大气透射过来的太阳光信号。
 
冥王星太阳风分析仪(SWAP):太阳风是对太阳发出的高能粒子流的形象称呼。这台仪器通过分析冥王星附近的太阳风强弱,可以探知冥王星是否有磁场。由于冥王星附近的太阳风强度很弱,这台仪器也是同类仪器中光圈直径最大的一台。
 
冥王星活性粒子频谱科学调查装置(PEPSSI):是一台时差测距离子/电子接收器,可以侦测到冥王星上层大气中受太阳风激发逃逸的高能阳离子与中性粒子成分,进而推测冥王星的大气组成。相比于测量范围可达6.5千电子伏的SWAP,PEPSSI的测量范围高达1 兆电子伏。
 
无线电科学实验装置(REX):实际上是一组安装在通讯系统内的电路板,主要用于中继由地球传过去的下载讯号,确保资料不会遗失。而另一个用途,就是进行太空无线电科学实验,测试相关的通讯技术。它主要由一个超稳晶体振荡器组成。由于探测器有两组冗余通讯系统,因此REX实验装置也有两组。
 
学生制宇宙尘埃计数器(SDC):这是一个由美国科罗拉多大学博尔德分校师生主导的研究项目,它被安设在探测器的遮阳板上,由14块聚二氟乙烯面板拼合而成,其中12块用于测量,另两块作为参照。当宇宙尘埃撞击到这些面板时就会产生电势差,从而记录下宇宙尘埃的相关参数。这将是首台运行在天王星轨道以外的尘埃计数器,它将帮助我们建立柯伊伯带宇宙尘埃的基本模型。
 
 
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