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Cc59622cb60201319a1b8c7bcdeb3cdd 歐洲太空總署(ESA)所屬的赫歇爾太空望遠鏡(Herschel space observatory)雖然已經功成身退,不過它的貢獻還沒停止。ESA歐爭太空天文中心(European Space Astronomy Centre)天文學家Michael Küppers等人藉由赫歇爾太空望遠鏡的觀測資料,發現穀神星(Ceres)周圍有氣態的水汽環繞;這是第一次發現小行星帶裡有此現象的天體。

穀神星直徑約950公里,位在火星與木星之間的主小行星帶(main asteroid belt)中,原為1號小行星,是主小行星帶中最大的小行星,而且外型式與行星類似的圓球形,和一般小行星大不相同。2006年8月之後,穀神星被改分類為和冥王星等同類的矮行星(dwarf planet),是矮行星中唯一位在主小行星帶者。

一般認為穀神星內部和地球一樣有分層構造,可能擁有一個岩質核心,外層包覆冰質地函。這個概念很重要,因為主小行星帶中含有水冰,對我們瞭解太陽系演化是重要關聯。當太陽系在約46億年前形成時,在太陽系內側區域因為溫度過高,導致水無法凝結在水星、金星、地球和火星等比較內側的行星上。現今這些行星上的水,基本上是約在39億年前的大撞擊時期,大量彗星和小行星撞擊到它們而帶到這些行星上的。

彗星以含有水冰而著稱,但小行星呢?之前曾觀測到過有幾顆小行星具有類似彗星的活動,這些主帶彗星(Main Belt Comet)的存在,雖暗示著主小行星帶中裡的天體應該是含有水的,但並不是絕對證據。而現今,利用赫歇爾太空望遠鏡上的HIFI儀器研究穀神星時,Küppers等人收集到穀神星冰質表面有水汽輻射的訊號,是證明穀神星具有冰質表面和擁有大氣層的直接證據。

雖然赫歇爾太空望遠鏡HOFI無法解析出完整的穀神星影像,但它仍可清楚呈現穀神星在週期約9小時的自轉過程中,其表面水汽隨自轉而變化的狀況,Küppers等人由此發現幾乎所有水汽都只來自穀神星上的Piazzi和Region A這兩個區塊(左圖中淺藍色標示區域中的暗斑)。他們估算得出穀神星上這兩個不大的區塊,居然可以每秒產生近6公斤的水汽,著實令人吃驚。

關於水汽來源最簡單的解釋就是昇華,即水冰受熱後,直接由固體變成氣體,還順便將穀神星表面的灰塵拽走,使下方新鮮的水冰又暴露出來,成為下一輪昇華的原料。彗星們也會經歷這種過程。Küppers等人發現這兩小塊區域比穀神星表面平均亮度還暗了5%左右,可能因此得以多吸收一點陽光,讓它們比周圍暖一點,水冰昇華效率因而比較高。

不過上述原因並不見得一定正確,還有另一種可能性就是這兩塊區域下方有冰火山(cryovolcanism)或冰噴泉, 藉由噴發作用而將水汽向外散出。

這個水汽來源的爭議,或許在2015年初美國航太總署(NASA)曙光號(Dawn)太空船飛抵穀神星附近進行近距離測繪穀神星地表地形和監測水冰活動與變化時,就有機會可以解開。

穀神星有水汽釋氣(outgassing)這個事實,提供了新的線索,讓科學家瞭解太陽系內的水汽如何分佈。而且既然單一顆穀神星就佔了主小行星帶五分之一的總質量,那麼發現穀神星有水汽這件事,不單對研究太陽系小天體的普遍性質很重要,而且或許可以讓科學家們進一步瞭解地球的起源。

資料來源:http://sci.esa.int/herschel/53125-herschel-discovers-water-vapour-around-dwarf-planet-ceres/, 2014.01.22, KLC

本文轉載自臺北天文館/網路天文館

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