震驚！附近矮行星地殼或九成是水

一顆被認爲其髒兮兮的表面混有一些冰的矮行星，可能比我們預想的要寒冷得多。

穀神星——位於火星和木星之間的小行星帶中的最大天體——可能有超過 90%的地殼由水冰組成。

如果真是這樣，這個佈滿隕石坑和傷痕的天體能夠爲我們提供許多關於海洋世界的知識，還有當它們完全凍結時的模樣。

“我們認爲穀神星表面附近存在大量水冰，並且越往深處去，冰就越少，” 美國普渡大學的行星地球物理學家邁克·索裡說道。

穀神星於 1801 年首次被發現，因其在太陽系中的位置，有時被稱作小行星；但它足夠大且呈球形，被歸爲矮行星，其大小還不到冥王星的一半。

它也是個相當有趣的怪傢伙。它是唯一一顆比海王星更靠近太陽的矮行星，並且佈滿了亮點，這或許是其表面冰火山的證據。

所以那裡很可能至少存在一些水，可究竟有多少呢？

此前基於表面的隕石坑所做出的估計表明，其含量不超過 30%。

這是因爲，如果表面是水冰，科學家們認爲它會隨着時間逐漸發生變形，變得更加平滑和更淺。

當美國國家航空航天局的黎明號航天器於 2015 年抵達穀神星時，它發現了輪廓清晰的隕石坑，這與研究人員預期中谷神星如果是冰質所應呈現的情況不一致，所以他們相應地做出了估計。

“人們過去認爲，如果穀神星非常寒冷，隕石坑會隨着時間迅速變形，就像地球上流動的冰川，或者像粘稠流動的蜂蜜。然而，我們通過模擬表明，如果在穀神星的條件下混入一點點固體岩石，冰可能會比之前預測的堅固得多，”索裡說。

利用黎明號任務的數據以及對一個冰質世界的計算機模擬，由普渡大學行星科學家伊恩·帕梅羅領導的團隊試圖調查這個假設是否正確。

他們發現，只需在冰中混入少量塵土，就能讓其具備足夠的結構完整性，從而保持清晰的隕石坑。

“即便固體在很長的時間尺度下也會流動，而且冰比岩石更易流動。隕石坑呈深碗狀，會產生高應力，隨後鬆弛至較低應力狀態，通過固態流動致使碗狀結構變淺，”帕梅洛解釋說 。

“我們的計算機模擬揭示了冰在僅混入少量非冰雜質時的流動新方式，這能讓富含冰的地殼即便歷經數十億年也幾乎不流動。所以，我們能夠獲得一個富含冰的穀神星，其依然符合所觀察到的隕石坑未鬆弛的狀況。在這些模擬裡，我們測試了不同的地殼結構，發現表面附近冰含量高、且隨着深度增加冰含量逐漸降低的漸變地殼是限制穀神星隕石坑鬆弛的最優方式。”

研究人員覺得，這顆矮行星的地殼中可能有 90%以上是水冰，這給冰覆蓋的海洋世界帶來了一些啓發。在太陽系中，有不少這樣的星球，比如木星的衛星木衛二，可能還有木衛三，土星的衛星土衛二和土衛一，或許還有天王星的衛星天衛五和天衛一。

這些衛星有一層厚厚的冰殼，據認爲，衛星和行星之間的引力相互作用所產生的熱量，維持着其下的液態水海洋。

穀神星不圍繞行星運行，這意味着沒有潮汐活動來保持其內部溫暖。研究人員說，曾經在那裡存在的任何海洋都會完全凍結。

“我們對這一切的解釋是，穀神星曾經和木衛二一樣是一個‘海洋世界’，只不過它的海洋骯髒、泥濘，”索裡說。“隨着時間的推移，那個泥濘的海洋凍結了，形成了一個冰殼，裡面夾雜着一點岩石物質。”

如果是這樣的話，這意味着海洋世界可能與我們預期的大不相同。此外，美國國家航空航天局以前曾向穀神星發送過一艘航天器，可能還會再次這麼做——而這顆矮行星可能的冰凍海洋世界狀態使其成爲一個非常有趣的研究目標。

“在我看來，如果我們的判斷沒錯，這當中令人興奮的部分在於，我們有一個冰凍的海洋世界，離地球相當近。穀神星或許能成爲太陽系外那些擁有海洋的冰冷衛星的一個頗具價值的參照點，比如木星的衛星木衛二和土星的衛星土衛二，”索裡說。

“因此，我們覺得穀神星在宇宙中是最容易抵達的冰冷世界。這使它成爲未來航天器任務的一個很好的目標。”

這項研究已發表在《自然·天文學》上。