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地球人都在太阳系最小的矮行星上发现了什么?

时间:2016年08月05日 信息来源:腾讯太空 点击: 【字体:

由黎明号获取的重力场数据得到的谷神星分层结构概念图。来源:NASA

腾讯太空讯 自去年3月,美国宇航局黎明号探测器抵达谷神星以来,科学家已收到这颗太阳系最小矮行星成千上万张近距离照片。虽然谷神星的内部无法直接拍摄到,但是科学家已经掌握强大数据去研究它的内部结构。

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黎明号拍摄的谷神星表面一个年轻的撞击坑。

速度变因引力变 引力透露内部信息

抵达后黎明号一直绕着谷神星飞行,这颗直径约952公里的矮行星其引力支配着黎明号如何在轨道上运转,科学家通过追踪该探测器飞行速度的微妙变化研究谷神各处引力变化情况。利用黎明号测得的数据,科学家绘制出世界首张谷神星全球重力地图,新研究成果发表在了《自然》杂志上,这也为研究矮行星内部结构提供了线索。

来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)太阳系动力学组主管、该项研究主要作者赖安·帕克(Ryan Park)介绍称:“新数据暗示谷神星有一个不太明显的内核。在地质历史早期内部加热阶段,谷神星部分水和其他较轻物质与岩石层发生了分离。”

谷神星重力场测量方法依靠NASA的深空网,先向黎明号发送无线电信号,接受后再反馈给地球。NASA的深空网分三个站点分布在地球上,包括美国本土莫哈维沙漠的戈德斯通测控站、西班牙马德里测控站和澳大利亚堪培拉附近的测控站,NASA所有在其他星球工作的探测器均依靠深空网的巨大天线与地球保持通信。利用这些发送和接收的信号,科学家能高精度测量探测器飞行速度的变化,精准度达到0.1毫米/秒,并依此计算出当地的重力情况。

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黎明号于2015年4月14日拍摄的谷神星,表面不满撞击坑,当时黎明号距离谷神星1.35万公里。来源:NASA

内部分层不明显

谷神星有个被称为“流体静力平衡”的特殊属性,在此次研究中也得到确认,这意味着谷神星内核足够不明显,而是它的自转方式决定了外形。科学家在比对了谷神星重力场与形状得出该结论。谷神星能够达到流体静力平衡也是2006年天文学家将其分类为矮行星的原因之一。矮行星的定义中有一条要求天体有足够的质量,能以自身重力克服刚体力,呈现流体静力平衡的圆球体。

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近距离拍摄的谷神星表面神秘亮斑,科学家认为是水合硫酸镁之类的盐。

数据还显示谷神星从外到内是分层的,深度不同每层的成分不同,内核最为致密。科学家们也发现,正如他们所怀疑的,谷神星的密度比地球要小得多,甚至比月球和灶神星的密度都要小。此外,谷神星长期以来一直被怀疑拥有如水冰等较低密度物质组成的外壳,研究显示这些水冰和其他轻质物质在远古时从岩石层分离出来,并上升到星球外层结构。

“我们发现谷神星内部不同层之间的区别,相比较月球和太阳系其他行星并不太明显。比如地球拥有铁、镍等金属组成的熔融核心,半流体的地幔,以及外层的地壳。相比较谷神星,地球有着更明显的分层结构。”帕克介绍说。

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黎明号拍摄的谷神星全球最高峰,高出周围6千米,和云南梅里雪山高度类似。

科学家还发现谷神星高海拔地区是从内核“冒出”表面的,这和水上漂浮的船类似,有多少质量的水被船排开取决于船本身的质量。类似的,科学家得出结论认为:谷神星蓬松的地幔可以被高山或其他高海拔地形质量“排开”,在星球表面露出来,这些高海拔地区就像船一样“浮在”表面密度较低的物质上。这一现象在其他星球上也发现过,比如我们的地球,但是确认谷神星上也同样存在尚属首次。

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这张照片是黎明号距离谷神星表面仅385公里拍摄的,这个高度和国际空间站距离地球表面的距离相似。

内核有过复杂加热史

根据最新重力数据得到的内部结构密度,科学家了解到谷神星早期内部发生了怎样的演化,对比黎明号发回的谷神星表面物质成分新旧数据对比,他们可以重建其地质演化史:水肯定渗透入古老的地表之下,但是内部没有足够温度加热形成熔融状态的硅酸盐和金属内核。

这项研究的共同作者,来自JPL黎明号项目的副首席研究员卡罗尔·雷蒙德(Carol Raymond)表示:“从黎明号之前的研究中,我们知道谷神星内部的水和岩石肯定有相互作用,而最新得到的结构密度数据,告诉我们谷神星内部经历过复杂的加热史。”


(作者:桂林/编译)
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