美国国家航空航天局黎明号在巨型小行星灶神星上看到的沟壑中进行了实验室工作

2012年,美国国家航空航天局的黎明号宇宙飞船拍摄到灶神星离开这颗巨大小行星轨道时的这张照片。取景摄像机正在向下看北极,北极在图像的中间。图像:美国国家航空航天局/加州理工大学喷气推进实验室/加州大学洛杉矶分校/MPS/DLR/IDA

(神秘的地球)据美国国家航空航天局喷气推进实验室:这些通道被称为流动结构,可以蚀刻在看起来不适合液体的物体上,因为它们暴露在太空的极端真空条件下。

我们太阳系中许多天体的表面布满了陨石坑,为46亿年来流星体和其他太空碎片的撞击提供了明确的证据。但在一些星球上,包括美国国家航空航天局黎明号探测的巨型小行星灶神星,表面也有深槽或沟壑,其起源尚不完全清楚。

一个主要假设认为,它们是由地球物理过程驱动的干泥石流形成的,如流星体撞击和阳光照射引起的温度变化。然而,美国国家航空航天局最近资助的一项研究提供了一些证据,表明对灶神星的影响可能引发了一个不太明显的地质过程:突然而短暂的水流雕刻了沟壑,沉积了沉积物扇。通过使用实验室设备模拟灶神星上的条件,这项发表在《行星科学杂志》上的研究首次详细介绍了这种液体的成分以及它在冻结前会流动多久。

尽管灶神星上是否存在冷冻盐水沉积物尚未得到证实,但科学家们此前曾假设,流星体撞击可能暴露并融化了灶神星等星球表面下的冰。在这种情况下,这一过程产生的水流可能会蚀刻出沟壑和其他类似于地球上的地表特征。

为了探索灶神星上出现的深通道或沟壑的潜在解释,科学家们使用喷气推进实验室的结冰环境肮脏真空模拟试验台(DUSTIE)来模拟流星体撞击地表后巨大小行星上的条件。图像:美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院

但是,没有大气层的世界——没有大气层并暴露在太空强烈真空中的天体——如何在表面上容纳足够长的液体以使其流动呢?这样的过程与液体在真空中迅速失稳的理解相反,当压力下降时,液体会变成气体。

“撞击不仅会在表面引发液体流动,而且液体的活性时间足以产生特定的表面特征,”项目负责人、美国国家航空航天局南加州喷气推进实验室的行星科学家Jennifer Scully说。“但能持续多久?大多数液体在这些无空气的物体上很快就会变得不稳定,因为太空的真空是不可屈服的。”

关键成分是氯化钠——食盐。实验发现,在灶神星这样的条件下,纯水几乎立即冻结,而盐水则保持流动至少一个小时。圣安东尼奥西南研究所的主要作者迈克尔·J·波斯顿说:“这足以形成灶神星上发现的与流动相关的特征,估计需要长达半个小时。”。

黎明号宇宙飞船于2007年发射,前往火星和木星之间的主小行星带,绕灶神星运行14个月,绕谷神星运行近4年。在2018年结束之前,该任务发现了证据,表明谷神星曾是地下卤水储层的所在地,并且可能仍在将卤水从其内部转移到地表。科学家们说,最近的研究提供了对谷神星过程的见解,但重点是灶神星,在灶神星上,冰和盐在受到撞击加热时可能会产生咸味液体。

重建Vesta

为了重现流星体撞击后出现的类似灶神星的条件,科学家们依靠喷气推进实验室的一个试验室,称为结冰环境下的肮脏真空模拟试验台,简称DUSTIE。通过迅速降低液体样本周围的气压,他们模拟了到达地表的流体周围的环境。在真空条件下,纯水会立即冻结。但含盐液体的停留时间更长,在冻结前会继续流动。

他们实验的盐水有一英寸(几厘米)深;科学家们得出结论,灶神星上几码到几十码深的水流需要更长的时间才能重新冻结。

研究人员还能够重建被认为在盐水上形成的冷冻物质的“盖子”。盖子本质上是一个冷冻的顶层,它稳定了下面的液体,保护它免受太空真空的影响,或者在这种情况下,是防尘室的真空,并帮助液体在再次冷冻之前流动更长时间。

这种现象类似于地球上熔岩在熔岩管中比暴露在凉爽的表面温度下流动得更远。它还与围绕火星上潜在的泥火山和可能从木星卫星欧罗巴上的火山喷出冰物质的火山进行的建模研究相吻合。

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