探測器驚人發現:水星極區存在冰水物質

  美國宇航局信使號水星探測器發現了令人驚訝的現象,在水星極區撞擊坑陰影區內儲存著豐富水冰和其他冰凍的揮發性物質,該證據為水星可能存在冰水物質的假說提供了支持。早在1992年時,科學家就提出水星的南極和北極永久陰影區可能存在水冰物質的假說,本次觀測研究論文作者為J. K.哈蒙(J. K. Harmon)等,值得一提是,阿雷西博天文台350米徑單面反射鏡曾向M13球狀星團發射文明信號。

  對於水星極區存在冰水物質的發現,科學家提出三個獨立的證據:通過信使號探測器中子光譜儀對水星北極的氫元素進行探測;使用激光高度計對水星的極區在近紅外波段上進行測量,得出反射係數;建立水星北亟亟區表面和近地表的溫度模型,並繪製出相關地區的實際地形。這項研究發表在網絡版的《科學》雜誌上。

  通常情況下,我們認為水星距離太陽較近,似乎這顆行星上不太可能存在水冰等物質,但是通過深入研究就會發現,水星自轉軸的傾角幾乎為零,這就意味著水星兩極地區撞擊坑部分區域可能從未被陽光照射過,因此科學家早在幾十年前就提出在水星的兩極可能存在水冰和其他處於冰凍狀態的揮發性物質。到了1991年,阿雷西博天文台的研究人員在水星射電圖像中發現了不尋常的東西,顯示了在兩極地區出現可能存在水冰物質的信號。

射電望遠鏡與信使號探測器拍攝的水星極區圖像疊加形成的水冰物質分佈圖

  科學家調用了美國宇航局在1970年代執行的水手10號探測器數據,確認了射電圖像上可疑的點與探測器拍攝的極區撞擊坑相對應,但遺憾的是,水手10號探測器只對水星表面低於50%的區域進行觀測,因此行星科學家缺乏完整的水星兩極地區圖像。隨著美國宇航局信使號探測器的到來,這個情況發生了改變。信使號探測器上的成像系統在2011年和今年早些時候對水星的觀測圖像證實,在水星北極和南極陰影區存在水冰物質,這個發現與撞擊坑中存在水冰的假說一致。

  圖1顯示水星北極地區射電圖像與信使號探測器圖像的疊加效果,很清楚地看出在反射率較大的點與撞擊坑吻合,並集中分佈在撞擊坑朝北的側面。本圖由美國宇航局、約翰·霍普金斯大學、阿雷西博天文台等繪製。目前,來自信使號的最新數據顯示水冰是北極地區物質構成主要成分,這些冰物質存在於水星極區最寒冷的地方,這裡的溫度可使得冰物質保持一定的狀態。美國宇航局的信使號探測器使用中子光譜儀測量了射電波反射率較高區域中的平均氫濃度,由此來推算出水冰物質的含量,厚度大約在幾十厘米左右,介於極區撞擊坑下十到十二厘米深處。

  根據約翰斯·霍普金斯大學應用物理實驗室科學家大衛·勞倫斯(David Lawrence)介紹:“極區撞擊坑下方隱藏的氫含量幾乎相當於純淨的水冰。”信使號探測器搭載的激光高度計(MLA)已經對水星探測區域發射了超過1000萬束脈衝激光,繪製出詳細的極區地形圖,來自美國宇航局戈達德空間飛行中心的科學家格雷戈裡·諾依曼(Gregory Neumann)將中子光譜測量結果與射電圖像對比證實了此前的假設。在第二篇研究論文中諾依曼和他的同事們通過激光高度計揭示了水星極區在近紅外波段下出現的不規則明暗有機物質堆積。

  諾依曼認為射電波圖像顯示的反射異常區域都集中在撞擊坑的斜坡上,與假設存在的水星冰水物質區域相符,溫度的相關性研究也指向該結果。至於冰水物質的來源,研究人員暗示彗星和小行星撞擊帶來的冰水。本項研究也表面在距離太陽最近的行星存在豐富的水冰和有機物質,而信使號也將繼續尋找可能存在的液態水。





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