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是什么导致了谷神星出现白色的斑点,是反射光或发射光?

“人生道路上最凄凉的事情之一,就是坚信自己不会再遭遇任何不幸的事情。”——菲丝·鲍德温

谷神星曾一度被认为是太阳系的第八大行星,当然,这只是人们当时认知的局限!我们自古以来就知道太阳系中包括地球在内有六颗行星,因为它们这几个都是肉眼可见的。随着哥白尼革命的结束,以及后来开普勒、伽利略和牛顿的发现,太阳系的结构已基本为人所知。在整个17、18世纪,越来越好的天文观测证明了我们对行星运动的理解是正确的,牛顿万有引力定律支配着地球上的一切、也支配着我们头顶上的天空,1758年哈雷彗星回归的预测也证实了这一点。

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1759年预测的哈雷彗星路径的星图。

行星三大定律和万有引力的成功,让当时的人们认为,在太阳系中一切都是已知、可测的。

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19世纪初,天文学界还在为威廉·赫歇尔(William Herschel) 1781年发现的天王星(Uranus)感到震惊,这是几千年来人们在太阳系六大行星(包括地球)之外发现的第一颗行星。虽然当时天文学的大部分内容包括观察恒星、寻找彗星和对深空天体进行编目,但随着天王星的发现,一种新的探索正在形成:在我们的太阳系中寻找新的、永久的天体。1801年元旦那天,意大利天文学家朱塞佩·皮亚齐发现了一件非常奇妙的事情,这使他写下了以下的文字:

“我曾认为这颗天体是一颗彗星,但由于它没有伴随任何模糊的星云,而且它的运动非常缓慢而且相当均匀,所以我好几次想到它可能不是彗星,而是行星。不过我一直很小心,不把这种猜想公诸于世。”

实际上,他发现的并不是一颗新的行星,而是小行星带中的第一个、也是最大的天体:谷神星。

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十多年来,我们对这个小世界最好的成像来自哈勃太空望远镜,即使是谷神星最接近我们的时候,也有3亿公里远。

虽然一些非常先进的图像处理技术和完整的数据已经足以让我们看到这个世界一些惊人的景象,但它的直径只有900公里,几乎是月球直径的一半,所以我们还是无法看到小行星的细节。

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因此美国国家航空航天局(NASA)决定通过发射黎明号航天器来突破固有的距离限制,该航天器旨在绘制和研究小行星带中两个最大,最引人入胜的天体:谷神星和灶神星(Ceres and Vesta),灶神星是小行星带中的第三大小行星,以微弱的优势输给智神星。

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从2011年至2012年的两年时间里,黎明号首先观测了灶神星,并绘制了一张3D拼接图,这是迄今为止所有小行星所没有的。

然后,黎明号驶向了谷神星。虽然我们认为小行星带大致是呈圆形的,但有些小行星却不在火星轨道之外,而几乎与木星一样远,距离太阳的距离是火星的三倍。

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在黎明任务的两个目标之间,谷神星比灶神星更远,距太阳约7500万公里,因此它表面也更冷。虽然这两个星球表面都被认为布满了陨石坑,但是灶神星至少在它向阳的一面足够温暖,而且引力也很小,这就足以让任何可能在其表面形成的水冰瞬间升华。这些水冰不仅会变成水蒸气,而且灶神星的表面重力也足够低,不足以将这些气态的、“充满能量”的水分子保持在它的表面,然后它们会逃逸。即使在离太阳这么远的地方,光是阳光的作用就足以让这些粒子有足够的速度来克服引力。

这就是为什么“黎明”号在谷神星上的发现(摄于2015年)如此令人费解。

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当然,谷神星比灶神星要大得多,质量也大得多,而且离太阳也远得多。但这真的足以解释谷神星上最大的陨石坑底部的这些“白点”吗?目前,有三种可能的解释:

  • 这就是水冰。但令人惊讶的是,这个陨石坑底部的冰冻水,即使在阳光直射下,甚至在赤道附近,仍然可以保持稳定。这颗由岩石组成的巨型小行星可以稳定地保持住一块冰,甚至持续了数十亿年?
  • 这是另一种形式的冰:也许是冻结的二氧化碳(干冰),因为它的分子量比水大。在某种程度上,这可能更令人惊讶,因为尽管二氧化碳的分子量大,难以达到逃逸速度,但干冰升华的温度比水要低得多。
  • 这只是一种坚固的岩石特征,但它的反射率(或反照率)与小行星的其他部分不同。这可能是谷神星(谷神星的基岩)所固有的一种岩石,也可能是由于火山作用从内部被喷发出来的,或者很有可能是陨石撞击所带来的物质。

当然这种事情也少不了流行的阴谋论,有些人认为这是外星人,或者更确切地说,这些白点是发射光而不是反射光。但是如果真的是这样的话,我们就看不到如此巨大的亮度/反照率变化,因为反射的太阳光相对于航天器的角度发生了变化。

从NASA的任务中各种各样的图片,我们可以自己看到:这是反射,而不是发射。

是什么导致了谷神星出现白色的斑点,是反射光或发射光?

“黎明号”的轨道一开始距离小行星表面13600公里,是国际空间站距离地球表面距离的40倍。随着后来“黎明号”的轨道下降,用各种仪器绘制谷神星的地图,了解这种物质的基本成分。

研究人员发现这些白色的物质很有可能就是水冰,因为谷神星的自转轴由于木星和土星引力的影响,在几百万年的时间里,从20°到2°在变化,而目前这一角度为4°。这就跟地球一个道理,地球的倾角为我们带来了四季变化,为南北半球在一年内也带来了不同的日照。而谷神星的自转轴目前4°的倾角就足以是其南北半球受到极少的阳光照射。

是什么导致了谷神星出现白色的斑点,是反射光或发射光?

其陨石坑底部也会很少受到阳光的照射,这就足以使得其他地方的水冰升华,而陨石坑深处的得以保存。我们在月球甚至是水星上发现的水冰也是同样的道理。

这是一个科学最好的例子:发现了一个神秘的东西,弄清楚需要知道什么才能解决这个问题,然后精确地进行测量。了解小行星对弄清楚早期太阳系至关重要,这又一次证明了水在太阳系,甚至是宇宙中十分普遍。

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