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科學家發現冰冷矮行星上地熱活動的證據

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由西南研究所領導的科學家在位於柯伊伯帶的冰冷矮行星鬩神星和鳥神星上發現了熱液或變質活動的證據。在它們的表面發現的甲烷在其岩石核心中具有溫暖甚至熱的地球化學特徵,這與彗星的甲烷特徵明顯不同。

「我們在涼爽的地方看到了炎熱時期的有趣特徵,」行星地球化學專家、該發現論文的主要作者克里斯托弗·格萊因博士說。

「我開始這個計畫時認為,大型柯伊伯帶天體的古老表面一定充滿了從原始太陽星雲繼承的物質,因為它們的冷表面可以儲存甲烷等揮發物。相反,詹姆斯韋伯太空望遠鏡(約翰·韋斯特)給了我們一個驚喜。我們發現了證據表明鬩神星和鳥神星內部的熱過程會產生甲烷。”

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柯伊伯帶是太陽系邊緣海王星軌道之外的巨大的冰體區域。鬩神星和鳥神星的大小可以與冥王星及其衛星卡戎比較。這些天體可能形成於太陽系歷史的早期,大約 4,5 億年前。柯伊伯帶著天體遠離太陽的溫暖,被認為是寒冷、死亡的物體。

詹姆斯韋斯特研究中心最近發表的一篇論文首次觀察到鬩神星和鳥神星表面的同位素分子。這些所謂的同位素體是含有不同中子數原子的分子。它們提供了有助於理解行星演化的數據。

JWST 團隊測量了矮行星的表面成分,特別是甲烷中氘(重氫,D)與氫(H)的比率。氘被認為是在大爆炸中形成的,而氫是宇宙中最常見的原子核。行星體中的 D/H 比提供有關含氫化合物的起源、地質歷史和形成途徑的資訊。

「我們透過 JWST 觀察到的適度的 D/H 比率反駁了古代地表上存在原始甲烷的觀點。原始甲烷的 D/H 比要高得多,」Glein 說。

「相反,D/H 比表明了甲烷的地球化學起源,甲烷是在深層地下土壤中形成的。 D/H 比就像一個視窗。從某種意義上說,我們可以用它來觀察腸道。我們的數據顯示這些世界的岩石核心溫度升高,從而形成了甲烷。分子氮(N2)也可以產生,我們在鬩神星上看到了它。熾熱的核心也可能表明其冰冷表面下存在液態水的潛在來源。”

在過去的二十年裡,科學家們了解到,冰冷世界的內在演化可能比之前想像的要複雜得多。在幾個冰冷的衛星上發現了地下海洋的證據,例如土星的衛星土衛二和木星的衛星歐羅巴。液態水是決定行星潛在宜居性的關鍵成分之一。

科學家將在未來幾年研究埃里德和鳥神星內部存在水海洋的可能性。如果其中一個適合居住,那將是太陽系中最遙遠的、可以支持生命存在的世界。識別內部過程的化學指示劑是朝這個方向邁出的又一步。

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「如果鬩神星和鳥神星在其岩石核心中含有,或者可能仍然含有溫暖甚至熾熱的地球化學物質,那麼低溫火山過程可能會將甲烷輸送到這些行星的表面,也許是在地質學上最近的時期,」天文學家威爾·格倫迪博士說。洛厄爾天文台,格拉恩的合著者之一,也是隨附論文的主要作者。 “我們發現碳同位素比(13C/12C)顯示相對較新的出現。”

這項工作是行星科學典範轉移的一部分。人們越來越認識到,寒冷、冰冷的世界可以在靈魂深處變得溫暖。為這項研究開發的模型進一步顯示土星衛星土衛六上地熱氣體的形成,土衛六也富含甲烷。此外,鬩神星和鳥神星上意外活動的發現凸顯了內部過程在塑造我們在大型物體上看到的東西的重要性,並且與冥王星上的發現是一致的。

格萊因說:“在新視野號飛越冥王星系統並有了這一發現之後,柯伊伯帶在容納動態世界方面似乎比我們想像的更加活躍。” 「現在考慮發送一艘太空船飛越其中另一個天體,將 JWST 資料放入地質背景中還為時過早。我相信等待我們的奇蹟將會令我們震驚。”

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