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在小行星上找水 科学家有高招

2018-01-11 10:59 来源:科技日报

  火星探测器“凤凰”号曾在火星找到水的踪迹

  对人类而言,小行星有着一种神秘的魅力。

  近日,中科院紫金山天文台研究员季江徽课题组与其合作者,就发现R型主带小行星(349)Dembowska可能存在水冰。存在水冰可能,这意味着什么?如何才能推断小行星是否存在水冰?

  解开地球之谜的重要钥匙

  迄今为止,人类发射的行星探测器,为人们描绘出一张太阳系的水分布图。

  木星的卫星木卫二是一个冰冷的世界,天文学家认为它表面覆盖着水冰,地表下可能存在液态海洋。土星的卫星土卫二表面存在间歇泉,有大量水蒸气从冰火山里面喷出。

  “火星探测器‘凤凰’号发现,火星地下有冰。尽管这些水并不能满足我们的生活需要,却揭示了行星以及卫星的演化历史,并时刻提醒我们在地球之外存在生命的可能性。”季江徽对科技日报记者说。

  季江徽进一步解释,水是非常珍贵的资源。假如小行星上有水,那么就意味着未来可以获取这些太空资源,进而在探索太阳系的过程中加以利用。

  同时,人们对地球上水的起源问题也有颇多疑问。科学家曾经认为,地球上的一部分水来自于太阳系外的彗星。但是今天,这一观点已受到质疑。对小行星水冰的研究或许是解开这个疑问的途径之一。

  近几年,美国国家航空航天局在火星探测领域取得了令人瞩目的成就,火星大出风头,尤其是在获得与水有关的探测进展时。这给人一种感觉,似乎在太阳系乃至整个宇宙,水都是非常罕见的东西。

  “事实上,在整个太阳系,水是常见的物质,尤其在太阳系外围的天体中,水大面积存在着。而太阳系里的天体中,除了土星和木星的卫星以外,还有很多的水分布在小行星上。”季江徽说,小行星带天体、木星的几个卫星、土星环及土星的卫星甚至更遥远的柯伊伯带天体等都拥有大量的水冰,如果将这些水平均分配到围绕太阳公转的天体上,那整个太阳系的含水量并不低。

  表面物理特征也是有效线索

  科学家可以通过天文观测或空间探测发现小行星存在水冰的直接证据。除此之外,还有哪些方法可以探测水冰?

  “还可以通过研究小行星表面的基本物理特征来了解。”季江徽说。

  比如(349)Dembowska小行星,它是一颗R型主带小行星,直径约为156千米。

  “它很亮,自转周期为4.7小时,自转轴与轨道面的夹角很小;它的近红外反射光谱与灶神星的光谱十分相似,所以可能发生过熔融分异的历史;它的轨道靠近太阳系‘雪线’,水在那里开始凝固,因而可能存在水冰。”季江徽说。

  但是,至今为止,人们对于这颗小行星的基本物理信息仍不是很确定。因此该小行星备受国际上天文研究机构的关注。

  紫金山天文台行星科学团队建立了小行星热物理模型,从小行星热物理特征分析其含水情况。

  在前期工作中,季江徽课题组研究了近地小行星(101955)Bennu。美国小行星采样返回探测任务OSIRIS-REx将在2018年造访该小行星,并在2023年采集小行星样本返回地球。季江徽的工作表明,这颗小行星表面可能大部分区域被土壤所覆盖。这一结果很大程度上支持了OSIRIS-REx任务采样机制的可行性。

  在对小行星Dembowska的研究中,季江徽课题组基于国际空间红外卫星的探测数据及地基Subaru望远镜的实测热红外数据,获得Dembowska表面热惯量、粗糙度、反照率等基本热物理信息,模拟了Dembowska在任意轨道时刻的表面及次表面温度环境。

  研究人员发现,Dembowska表面南北两极温度变化较大,并呈现明显的季节变化。赤道温度变化较小,且有较长时间温度较高,表面不太可能保存水冰。而在Dembowska南北次表层30至50厘米以下,温度可保持在较低水平,水冰可以稳定地存在。

  在未来的研究工作中,季江徽课题组还将继续揭示其它小行星蕴含水冰的可能。

(责任编辑:王蔚)

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