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罗塞塔号发现彗星水蒸气与地球海洋大不相同

时间:2017年03月05日 14:17 | 标签:宇宙奥秘太阳系

罗塞塔号发现彗星水蒸气与地球海洋大不相同 宇宙奥秘 第1张图

欧洲航天局罗塞塔号宇宙飞船发现它的目标彗星上的水蒸气与地球上的水存在重大不同。这项发现或可能加剧有关地球海洋起源的争论。罗塞塔宇宙飞船在今年8月6日到达67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星后对彗星水蒸气进行了测量,这是这项任务中最被期待的早期结果之一,因为地球上的水的起源仍是个存在争议的问题。

地球形成的一个主要假说便是46亿年前当地球形成时它非常炙热,任何原始的水都将蒸发。但现在地球表面2/3都被水覆盖了,它们究竟是从何而来?在这个假说设定的情景里,水很可能是在地球冷却后从其它地方传递而来,很可能来自于彗星或者小行星的撞击。而每一种类型的天体对地球表面水形成的贡献却仍备受争论。

确定水的起源的关键在于它的“调味”,在这里是指重氢——一种氢和额外中子组成的形式——与正常的氢的比例。这一比例是太阳系形成和早期进化的一个重要指示,理论模拟显示它应该随着与太阳的距离以及时间的推移发生改变。研究的一个关键目标就在于对比不同类型天体与地球海洋的这一比例值,从而确定有多少天体参与了地球水的形成。

彗星是探测早期太阳系的一个独特工具:它仍保留着原行星盘里残留的物质——行星形成于原行星盘——因此应该反映了彗星起源地的原始组成物。多亏了早期太阳系的动态性,这并非一个直接的过程。出生于遥远奥尔特云的长周期彗星最初形成于天王星-海王星地区,因为距离太阳足够远因此表面能够存在水冰。然而由于在轨时与气体巨星之间的引力相互作用,这些彗星散落至太阳系更远的外围。

相反的,木星家族的彗星,例如罗塞塔宇宙飞船的目标彗星,被认为形成于更远处,在海王星以外的柯伊伯带。这些天体偶尔受到扰乱并移动至内太阳系,在那里它们的运行轨道受到了木星的引力影响。

的确,罗塞塔的彗星现在运行到太阳附近,近日点介于地球和火星轨道之间,远日点刚好超出木星轨道,公转周期为6.5年。之前对其它彗星重氢/氢比率的测量显示了不同的值。在进行了测量的11个彗星里,只有木星家族的彗星“哈特雷2号”彗星(103P/Hartley 2)与地球上水的组成部分相匹配。

相比之下,源于小行星带里的小行星的陨石也与地球上水的组成相匹配。因此,尽管小行星的整体水含量较低,但大量小行星撞击地球仍可能导致产生地球现在的海洋。罗塞塔的测量结果却有所不同。有趣的是,罗塞塔轨道器离子和中性分析光谱仪(ROSINA)测量的重氢/氢比率是地球海洋以及木星家族的哈特雷2号彗星的重氢/氢比率的三倍。事实上它甚至高于任何测量过的奥尔特云彗星。

“这项令人惊讶的发现可能暗示了木星家族彗星的多样化起源——它们可能形成于年轻太阳系更广泛的范围,” ROSINA项目首席调查员、研究首席作者凯瑟琳·艾特维格(Kathrin Altwegg)这样说道。“我们的发现还排除了木星家族彗星只包含类似地球海洋的水的观点,间接的支持了那些将研究重心关注于小行星作为地球海洋主要传输机制的模型。”

“我们早就预料罗塞塔号宇宙飞船对彗星的原地分析将为太阳系科学带来新的惊喜,而这次观测给有关地球水起源的辩论火上浇油,”欧洲航天局罗塞塔号项目科学家马特·泰勒(Matt Taylor)这样说道。“随着罗塞塔号在未来继续跟踪在轨彗星,我们将密切关注彗星的进化和行为,这将为我们提供彗星的神秘世界以及它们对理解太阳系进化所作出的贡献的独特见解。”这项研究被发表在期刊《科学》上。