太空探索

穀神星:小行星帶裡,誰撒了一把鹽?

小行星帶中最大的天體,也是唯一位於主帶的矮行星。黎明號探測器揭示了它冰殼之下的殘餘鹹水海洋,以及奧卡托環形山由鹽類沉積構成的神秘亮斑。

穀神星:小行星帶裡,誰撒了一把鹽?

如果把穀神星(Ceres)放到地球上,它的直徑足以從北京跨到南京附近,卻仍只是一顆“迷你世界”:直徑約 940 公里。它是火星與木星之間小行星帶中最大的天體,也是主小行星帶裡唯一公認的矮行星,質量約佔整條小行星帶的三分之一。

從一顆"失蹤的行星"說起

1801 年 1 月 1 日,義大利天文學家皮亞齊發現了穀神星。當時人們正按照提丟斯—波得定則尋找火星與木星之間"缺失的行星",穀神星一度被認為就是答案,直到智神星、灶神星等接連現身,人們才意識到這裡是一整條小行星帶。它的平均軌道半徑約 2.8 個天文單位,公轉一週需要 4.6 個地球年,自轉一圈僅約 9 小時。2006 年它被正式歸類為矮行星——與冥王星同級,卻是離太陽最近的一顆。

奧卡托環形山的神秘亮斑

2015 年初黎明號接近穀神星時,一個直徑約 92 公里的年輕隕石坑——奧卡托環形山(Occator)——搶盡風頭:坑底中央有一片耀眼的白色亮斑,在灰暗表面格外醒目。光譜分析最終給出答案:亮斑的主要成分是 碳酸鈉,類似蘇打和鹽的礦物。中央最亮的區域被稱為"谷神斑"(Cerealia Facula),東側還有一片"維納利亞斑群"。這些鹽類並非來自撞擊者,而是從穀神星內部湧出的鹹水抵達表面後,水分蒸發、鹽分結晶留下的沉積物——亮斑正是通向穀神星內部的視窗。

黎明號低空軌道拍攝的奧卡托環形山:坑底中央的谷神斑與東側的維納利亞斑群是鹹水蒸發後留下的鹽類沉積
黎明號低空軌道拍攝的奧卡托環形山:坑底中央的谷神斑與東側的維納利亞斑群是鹹水蒸發後留下的鹽類沉積

內部結構:冰殼之下藏著殘餘鹹海

穀神星的平均密度約為每立方釐米 2.1 克,明顯低於典型岩石天體,說明體內含有大量水冰。黎明號測得的重力場顯示,它的內部已經分層:中心是岩石質核心,外面包裹富含水冰和鹽類的物質,最外層是岩石、冰和鹽混合的地殼。科學家認為,穀神星年輕時可能擁有全球性液態海洋,如今大部分已經凍結;奧卡托環形山下方數十公里深處,可能仍殘留區域性鹹水囊。形成奧卡托的撞擊為深部鹹水上湧提供了通道,才留下今天的亮斑。部分沉積在地質尺度上很年輕,說明活動結束得並不久,甚至可能尚未完全停止。

穀神星內部結構剖面示意:岩石核心之外是富含水冰的地幔與薄薄的混合地殼
穀神星內部結構剖面示意:岩石核心之外是富含水冰的地幔與薄薄的混合地殼

黎明號:第一艘環繞兩顆天體的探測器

揭開這一切的是 NASA 的黎明號(Dawn)探測器。它於 2007 年 9 月發射,依靠高效的離子推進器航行,2011 年先環繞灶神星考察了 14 個月,隨後啟程飛往穀神星,於 2015 年 3 月 6 日進入環繞軌道,成為人類歷史上第一艘先後環繞兩個地外天體的探測器。在穀神星,它逐步降低軌道,最低時距表面僅約 35 公里,拍下了奧卡托亮斑前所未有的清晰影像,還發現了可能由冰火山堆積而成的孤峰 Ahuna Mons,以及多處暴露的水冰和含碳有機分子。2018 年 11 月 1 日,黎明號耗盡姿態控制燃料,任務宣告結束,它至今仍停留在穀神星軌道上,成為這顆矮行星永久的人造衛星。

藝術想像圖:黎明號探測器啟動藍色離子推進器,飛向黎明星光下的穀神星
藝術想像圖:黎明號探測器啟動藍色離子推進器,飛向黎明星光下的穀神星

為什麼穀神星重要

穀神星形成於太陽系早期,保留了 46 億年前水與岩石混合的原始記錄,堪稱一枚“時間膠囊”。它說明與液態水有關的過程並非只出現在地球或遙遠冰衛星上;在小行星帶這樣的區域,也可能儲存殘餘鹹水、鹽類和有機物,因此是研究太陽系早期環境的重要樣本。

亮斑真的是會發光的燈嗎?

不是。奧卡托環形山的亮斑不會自己發光,只是鹽類比周圍灰暗地面更會反射陽光。想像一小撮白鹽撒在深色桌面上:燈光一照,它就格外醒目。穀神星沒有可供人呼吸的大氣,重力也只有地球的約三十分之一,所以即使未來有人近看,也必須穿著航天服小心移動。

參考資料