太空探索

谷神星:小行星带里,谁撒了一把盐?

小行星带中最大的天体,也是唯一位于主带的矮行星。黎明号探测器揭示了它冰壳之下的残余咸水海洋,以及奥卡托环形山由盐类沉积构成的神秘亮斑。

谷神星:小行星带里,谁撒了一把盐?

如果把谷神星(Ceres)放到地球上,它的直径足以从北京跨到南京附近,却仍只是一颗“迷你世界”:直径约 940 公里。它是火星与木星之间小行星带中最大的天体,也是主小行星带里唯一公认的矮行星,质量约占整条小行星带的三分之一。

从一颗"失踪的行星"说起

1801 年 1 月 1 日,意大利天文学家皮亚齐发现了谷神星。当时人们正按照提丢斯—波得定则寻找火星与木星之间"缺失的行星",谷神星一度被认为就是答案,直到智神星、灶神星等接连现身,人们才意识到这里是一整条小行星带。它的平均轨道半径约 2.8 个天文单位,公转一周需要 4.6 个地球年,自转一圈仅约 9 小时。2006 年它被正式归类为矮行星——与冥王星同级,却是离太阳最近的一颗。

奥卡托环形山的神秘亮斑

2015 年初黎明号接近谷神星时,一个直径约 92 公里的年轻陨石坑——奥卡托环形山(Occator)——抢尽风头:坑底中央有一片耀眼的白色亮斑,在灰暗表面格外醒目。光谱分析最终给出答案:亮斑的主要成分是 碳酸钠,类似苏打和盐的矿物。中央最亮的区域被称为"谷神斑"(Cerealia Facula),东侧还有一片"维纳利亚斑群"。这些盐类并非来自撞击者,而是从谷神星内部涌出的咸水抵达表面后,水分蒸发、盐分结晶留下的沉积物——亮斑正是通向谷神星内部的窗口。

黎明号低空轨道拍摄的奥卡托环形山:坑底中央的谷神斑与东侧的维纳利亚斑群是咸水蒸发后留下的盐类沉积
黎明号低空轨道拍摄的奥卡托环形山:坑底中央的谷神斑与东侧的维纳利亚斑群是咸水蒸发后留下的盐类沉积

内部结构:冰壳之下藏着残余咸海

谷神星的平均密度约为每立方厘米 2.1 克,明显低于典型岩石天体,说明体内含有大量水冰。黎明号测得的重力场显示,它的内部已经分层:中心是岩石质核心,外面包裹富含水冰和盐类的物质,最外层是岩石、冰和盐混合的地壳。科学家认为,谷神星年轻时可能拥有全球性液态海洋,如今大部分已经冻结;奥卡托环形山下方数十公里深处,可能仍残留区域性咸水囊。形成奥卡托的撞击为深部咸水上涌提供了通道,才留下今天的亮斑。部分沉积在地质尺度上很年轻,说明活动结束得并不久,甚至可能尚未完全停止。

谷神星内部结构剖面示意:岩石核心之外是富含水冰的地幔与薄薄的混合地壳
谷神星内部结构剖面示意:岩石核心之外是富含水冰的地幔与薄薄的混合地壳

黎明号:第一艘环绕两颗天体的探测器

揭开这一切的是 NASA 的黎明号(Dawn)探测器。它于 2007 年 9 月发射,依靠高效的离子推进器航行,2011 年先环绕灶神星考察了 14 个月,随后启程飞往谷神星,于 2015 年 3 月 6 日进入环绕轨道,成为人类历史上第一艘先后环绕两个地外天体的探测器。在谷神星,它逐步降低轨道,最低时距表面仅约 35 公里,拍下了奥卡托亮斑前所未有的清晰影像,还发现了可能由冰火山堆积而成的孤峰 Ahuna Mons,以及多处暴露的水冰和含碳有机分子。2018 年 11 月 1 日,黎明号耗尽姿态控制燃料,任务宣告结束,它至今仍停留在谷神星轨道上,成为这颗矮行星永久的人造卫星。

艺术想象图:黎明号探测器启动蓝色离子推进器,飞向黎明星光下的谷神星
艺术想象图:黎明号探测器启动蓝色离子推进器,飞向黎明星光下的谷神星

为什么谷神星重要

谷神星形成于太阳系早期,保留了 46 亿年前水与岩石混合的原始记录,堪称一枚“时间胶囊”。它说明与液态水有关的过程并非只出现在地球或遥远冰卫星上;在小行星带这样的区域,也可能保存残余咸水、盐类和有机物,因此是研究太阳系早期环境的重要样本。

亮斑真的是会发光的灯吗?

不是。奥卡托环形山的亮斑不会自己发光,只是盐类比周围灰暗地面更会反射阳光。想象一小撮白盐撒在深色桌面上:灯光一照,它就格外醒目。谷神星没有可供人呼吸的大气,重力也只有地球的约三十分之一,所以即使未来有人近看,也必须穿着航天服小心移动。

参考资料