天文学家揭开天体486958 Arrokoth冰冻之谜 重新定义柯伊伯带理论

天文学家揭开天体486958 Arrokoth冰冻之谜 重新定义柯伊伯带理论 来自新视野号航天器数据的柯伊伯带天体 2014 MU69 原始接触双星的合成图像。图片来源：NASA/JHUAPL/SwRI/Roman Tkachenko由布朗大学塞缪尔-伯奇（Samuel Birch）博士和SETI研究所高级研究科学家奥尔坎-乌穆尔汉（Orkan Umurhan）博士共同撰写的论文《486958阿罗科斯星内一氧化碳冰和气体的保留》以阿罗科斯星为研究案例，提出许多柯伊伯带天体（KBO）太阳系诞生之初的残余物仍可能保留其原始的挥发性冰，从而挑战了以往关于这些古老实体进化路径的观点。左图由多色可见光成像相机（MVIC）拍摄，该相机是新视野号上拉尔夫仪器的一部分。拍摄于2019年1月1日，距离其最近接近仅7分钟，当时航天器距离地表仅约6700千米。美国国家航空航天局、约翰-霍普金斯大学应用物理实验室和西南研究院为这一出色的拍摄成果做出了贡献。右图显示了阿罗科斯季节性表皮深度的轨道平均温度，该温度是根据 Umurhan 等人的 2022 年方法计算得出的。比例尺单位为千米，视角方向与左图类似，向下看向南极。资料来源：美国国家航空航天局、约翰-霍普金斯大学应用物理实验室和西南研究所以前的 KBO 演化模型需要帮助来预测这些寒冷、遥远天体中挥发物的命运。许多模型依赖于繁琐的模拟或有缺陷的假设，低估了这些物质可能持续的时间。新研究提供了一种更简单而有效的方法，将这一过程比作气体如何通过多孔岩石逸出。它表明，像阿罗科斯这样的KBO可以将其挥发性冰保持数十亿年，形成一种地表下大气层，从而减缓冰的进一步流失。"我想强调的是，最关键的是，我们纠正了人们几十年来对这些非常寒冷和古老的天体所假设的物理模型中的一个严重错误，"Umurhan说。"这项研究可能成为重新评估彗星内部演化和活动理论的最初推动力。"上述模型是一个多孔碎石堆，由 CO 和难熔无定形 H2O 冰混合而成，具有特定的孔半径rp。顶层（棕色）仅在一个轨道上进行热处理，导致该层 CO（包括冰和气体）的损失。在升华前沿rb（深蓝色）下方，原有的一氧化碳冰体积保持不变。随着时间的推移，随着升华前沿向下移动（模型中向右移动），嵌入无定形 H2O 冰基质中的 CO 冰开始升华。产生的气体（浅蓝色表示）随后充满孔隙并向上移动，远离升华前沿。资料来源：SETI 研究所这项研究挑战了现有的预测，为了解彗星的性质及其起源开辟了新的途径。KBOs中存在的这种挥发性冰支持了一种引人入胜的说法，即这些天体是"冰炸弹"，它们在改变轨道接近太阳时被激活并表现出彗星行为。这一假设有助于解释 29P/Schwassmann- Wachmann 彗星的强烈爆发活动等现象，有可能改变人们对彗星的认识。作为即将进行的 CAESAR 任务提案的联合研究员，研究人员正在采用一种全新的方法来了解彗星体的演变和活动。这项研究对未来的探索具有重要意义，同时也提醒人们太阳系的不解之谜正等待着我们去揭开。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新证据表明柯伊伯带的冰冻世界可能孕育着生命

新证据表明柯伊伯带的冰冻世界可能孕育着生命 天文学家利用詹姆斯-韦伯太空望远镜观测了其中一些冰冻天体，发现有证据表明它们可能并没有那么死气沉沉。他们将这台在距离地球一百万英里的轨道上运行的强大望远镜对准了阋神星和牧夫星，它们是柯伊伯带已知的两个最大的天体。这台望远镜有专门的照相机，可以探测到遥远世界中的不同元素或分子。根据发表在行星科学杂志《伊卡洛斯》上的这项研究，柯伊伯带的冰球和天体是保存下来的早期太阳系的原始遗迹。然而，在阋神星和牧神星表面发现的冰冻甲烷表明，这些分子是最近才"煮熟"的。这项研究表明，冰表面下的内部温度很高，能够将液体或气体推到地壳上。相对较新的甲烷沉积表明，这些冰雪世界可能像木星的冰卫星欧罗巴一样蕴藏着海洋。西南研究所的科学家克里斯托弗-格里恩在一份声明中说："我们看到一些有趣的迹象，表明在凉爽的地方也有炎热的时候。"格莱因曾研究过土星的喷泉卫星恩克拉多斯，他领导了对柯伊伯带天体的调查。热核还可能指向冰表面下液态水的潜在来源。科学家推测，这些冰冻的世界中，有一些在数十亿英里之外，可能蕴藏着适合生命存在的条件。然而，目前还没有证据证明这一点。目前还没有人试图近距离接触这些宇宙前沿。但是，美国国家航空航天局的"新视野"号冥王星和冥王星以外的任务让研究人员看到了一个地形复杂的世界，包括由水冰构成的冰川和山脉。格里恩说："在新视野号飞越冥王星系统之后，再加上这次发现，柯伊伯带在承载动态世界方面比我们想象的要有活力得多。现在就开始考虑派遣一个航天器飞越其中的另一个天体，将 JWST 的数据置于地质背景中，还为时不早。我相信，等待我们的将是令人惊叹的奇迹！" ... PC版： 手机版：

多达60%的近地天体可能是暗色彗星 我们喝的是它们送来的水吗？

多达60%的近地天体可能是暗色彗星 我们喝的是它们送来的水吗？ 研究结果表明，小行星带中的小行星（太阳系中大致位于木星和火星之间的一个区域，包含了太阳系中的大部分岩质小行星）有地表下的冰。这项研究还显示了将冰运送到近地太阳系的潜在途径。地球是如何获得水的，这是一个长期存在的问题。其中一个大天体可能来自木星家族彗星，这些彗星的轨道接近木星。研究小组的研究成果发表在《伊卡洛斯》（Icarus）杂志上。暗彗星有点神秘，因为它们兼具小行星和彗星的特征。小行星是没有冰的岩质天体，运行轨道离太阳较近，通常在所谓的冰线范围内。这意味着它们离太阳足够近，小行星可能携带的任何冰都会升华，或者从固态冰直接变成气体。彗星是冰冷的天体，会显示出模糊的彗尾，彗尾周围通常环绕着一团云。升华的冰携带着尘埃，形成了彗云。此外，彗星通常有轻微的加速度，这种加速度不是由重力推动的，而是由冰的升华推动的，称为非重力加速度。研究人员检查了七颗暗彗星，并估计所有近地天体中有0.5%到60%可能是暗彗星，这些暗彗星没有彗尾，但有非重力加速度。研究人员还认为，这些暗彗星很可能来自小行星带，由于这些暗彗星具有非轨道加速度，研究结果表明小行星带中的小行星含有冰。密歇根大学天文学系研究人员阿斯特-G-泰勒说："我们认为这些天体来自内主小行星带和/或外主小行星带，这意味着这是将一些冰送入内太阳系的另一种机制。内主带的冰可能比我们想象的要多。可能还有更多这样的天体。这可能是最近天体中的一个重要部分。我们真的不知道，但因为这些发现，我们有了更多的问题。"在之前的工作中，包括泰勒在内的一组研究人员确定了一组近地天体的非重力加速度，并将其命名为"暗彗星"。他们确定，暗彗星的非重力加速度很可能是少量冰升华的结果。在目前的工作中，泰勒和他们的同事希望发现黑暗彗星的来源。他们说："近地天体在当前轨道上停留的时间并不长，因为近地环境很混乱。它们在近地环境中只能停留大约1000万年。因为太阳系的年龄远远大于这个数字，这意味着近地天体来自某个地方我们不断从另一个更大的来源获得近地天体。"为了确定这一黑暗彗星群的起源，泰勒和他们的合作者创建了动力学模型，为来自不同彗星群的天体分配了非重力加速度。然后，他们根据所分配的非重力加速度，模拟了这些天体在 10 万年内的运行轨迹。研究人员观察到，这些天体中的许多天体最终出现在今天暗色彗星所在的位置，并发现在所有潜在来源中，主小行星带是最有可能的起源地。泰勒说，其中一颗名为 2003 RM 的黑暗彗星在靠近地球的椭圆轨道上经过，然后飞向木星，再从地球上空返回，它的运行轨迹与木星家族彗星的运行轨迹相同，也就是说，它的位置与从轨道上向内撞击的彗星一致。同时，研究发现其余的暗色彗星很可能来自小行星带的内带。由于暗色彗星很可能有冰，这表明主带内部存在冰。然后，研究人员将之前提出的一个理论应用于黑暗彗星群，以确定这些天体为何如此之小且快速旋转。彗星是由冰结合在一起的岩石结构想象一下肮脏的冰块。一旦它们在太阳系的冰线内受到撞击，冰块就会开始释放气体。这会导致天体加速，但也会导致天体快速旋转快到足以让天体碎裂。这些碎片上也会结冰，所以它们也会越转越快，直到碎成更多碎片，随着这种情况的发生，这些物体不断失去冰层，变得更小且旋转得更快。研究人员认为，较大的暗色彗星2003 RM很可能是从小行星带的外主带中被踢出的较大天体，而他们正在研究的其他六个天体很可能来自内主带，是由一个被撞向内侧然后碎裂的天体构成的。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新视野号探测显示：柯伊伯带比原本想象的大的多

新视野号探测显示：柯伊伯带比原本想象的大的多 这片区域存在大量的物质包括各种含冰的小行星、彗星或者不规则天体，当然含冰不一定是水冰，还有甲烷、氨等。存在的大一点的行星至少有四颗，都是矮行星，分别是冥王星、妊神星、鸟神星和阋神星。柯伊伯带也被认为是太阳系形成之初的残留物质区域，也就是当时太阳和各种大行星形成后没用完的物质，现在内太阳系的不少彗星就是来自柯伊伯带。宽度比原本预计的要高得多：原本天体物理学家通过观测数据并建立模型预估，柯伊伯带的宽度大约是 50 个天文单位，出了这个宽度之后，物质密度开始下降，也就是物质减少了。不过新视野号提供的数据让研究人员有些惊讶，因为数据表明柯伊伯带可能延伸至 80 个天文单位甚至更远。发布在天体物理学杂志快报上的一篇新论文称，柯伊伯带可能还存在第二条外带，因为探测器在这里发现了一些全新的、由物体碰撞产生的更多尘埃。当然这种推测还需要更多研究进行佐证，也有研究人员认为是太阳的辐射压将更多物质推到了更远的距离。探索柯伊伯带的意义：对人类来说探索柯伊伯带是非常必要的，柯伊伯带的天体或者说物质是太阳系形成的残留物，因此可以通过研究这些残留物来构建太阳系在 40 亿年前形成时的模型，让我们可以了解太阳系起源。新视野号探测器预计会在 2028 年离开柯伊伯带，到时候如果探测器仍然正常工作的话，NASA 会安排新任务，让探测器继续向宇宙深处进发。 ... PC版： 手机版：

来自古老地外陨石的稀有尘埃粒子正挑战天体物理模型

来自古老地外陨石的稀有尘埃粒子正挑战天体物理模型 研究人员从ALH 77307中发现了一种地外陨石，其25Mg同位素组成是迄今为止在硅酸盐中测得的最高值（δ25Mg= 3025.1‰ ± 38.3‰）。它的同位素组成对目前的恒星模型提出了挑战，镁、硅和氧的模型显示与超新星（SN）中的形成最为接近，在超新星前阶段发生了氢摄取。原始天体材料中的前极粒保留了整个恒星演化过程和环境变化的记录。然而，由于前极性硅酸盐的平均粒度（150纳米）、对萃取剂的敏感性以及仪器限制等原因，研究这些记录具有一定的挑战性。研究人员首次对来自氢燃烧SN的前极硅酸盐进行了详细的地球化学研究，研究以三维的方式进行，没有对分析体积造成任何影响，而且空间分辨率达到了前所未有的水平（<1 nm），这对于约束最近提出的恒星环境中发生的物理和化学过程至关重要。根据研究结果推断：(i) 在冷凝过程中的压力和温度条件下，地外陨石晶格兼容的重元素是在一个贫乏的环境中冷凝；或 (ii) 在前SN阶段接近尾声时的有限混合期间，或在坍缩过程中，不同气体成分的局部区域迅速形成。原子探针层析成像技术是一种将样品分解为原子结构并进行三维重建的仪器，可以精确地获得样品中每个原子的 x、y、z 坐标。它可以测量元素周期表中除惰性气体之外的所有离子，空间分辨率为亚纳米级，探测极限为 10 ppm。该仪器是该领域的新产品，Nevill 博士是首批将其用于行星科学的人员之一。对氢燃烧超新星形成的粒子进行原子探测分析。这张三维"原子地图"显示了在样本中探测到的两种镁同位素，粒子中的硅原子和氧原子显示为较小的球体。这项工作依赖于原子探测器对镁的单个同位素进行计数的能力，从而可以测量同位素比。图片来源：科廷大学地球科学原子探针设施 David SaxeyNevill博士解释说："结果简直出乎意料，因为这是迄今为止在前olar硅酸盐晶粒中发现的最高镁异常。这些结果对当前的天体物理模型提出了挑战，表明在我们尚未完全了解的恒星环境中正在发生一些过程。"这种极端的镁元素异常目前只能用最近发现的一种恒星氢燃烧超新星来解释。作为首次对来自氢燃烧超新星的前极粒进行的已知详细化学研究，该结果揭开了人们对氢燃烧超新星及其演化条件的新认识。此外，这一重大发现标志着首次使用原子探针断层扫描技术对太阳系前硅酸盐进行研究，这是地球化学和地质年代研究中空间分辨率最高的技术。原子探针扩大了每个前极晶粒体积可测量同位素的范围，达到了帮助我们了解这些恒星如何形成所必需的新的详细程度。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

微小裂缝，全球影响：MIT研究人员揭示微观冰层缺陷如何塑造冰川

微小裂缝，全球影响：MIT研究人员揭示微观冰层缺陷如何塑造冰川 一条冰川流入格陵兰岛西南海岸的峡湾。麻省理工学院的一项新研究介绍了一种基于微观冰缺陷绘制冰川流动图的模型，通过详细描述冰川对压力敏感性的区域变化，提供了冰川动力学的细微视角，并改进了海平面上升的预测。资料来源：Meghana Ranganathan冰川流动与海平面上升随着冰川和冰盖的融化和入海，全球水位正以前所未有的速度上升。科学家需要更好地了解冰川融化的速度以及影响冰川流动的因素，以便预测未来海平面上升的情况并做好准备。现在，麻省理工学院科学家的一项研究根据冰的微观变形，为冰川流动提供了新的图景。研究结果表明，冰川的流动在很大程度上取决于微观缺陷如何在冰层中移动。研究人员发现，他们可以根据冰川是否容易出现某种微观缺陷来估计冰川的流动情况。他们利用这种微观和宏观变形之间的关系，建立了冰川流动的新模型。利用这个新模型，他们绘制了南极冰原上各个地点的冰流图。穿过南极洲罗斯冰架附近山谷的冰流。图片来源：Meghana Ranganathan挑战冰流的传统观点他们发现，与传统观点相反，冰原并不是一个整体，相反，它在应对气候变暖压力时的流动地点和方式更加多样。研究人员在论文中写道，这项研究"极大地改变了海洋冰原可能变得不稳定并导致海平面快速上升的气候条件"。Meghana Ranganathan 博士说："这项研究真正展示了微观过程对宏观行为的影响。这些机制发生在水分子的尺度上，最终会影响南极西部冰盖的稳定性"。她是麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）的研究生，现在是佐治亚理工学院的博士后。共同作者、EAPS 副教授 Brent Minchew 补充说："广义上讲，冰川正在加速，围绕这一点有很多变数。这是第一项从实验室到冰原的研究，开始评估自然环境中冰的稳定性。这最终将有助于我们了解灾难性海平面上升的概率。"Ranganathan 和 Minchew 的研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。冰川运动与海平面影响冰川流动是指冰从冰川的顶峰或冰原的中心向下移动到边缘，然后冰在边缘断裂并融化到海洋中的过程这个过程通常很缓慢，但随着时间的推移，会导致世界平均海平面上升。近年来，在全球变暖以及冰川和冰原加速融化的推动下，海洋以前所未有的速度上升。众所周知，极地冰川的消失是导致海平面上升的主要原因，但这也是预测时最大的不确定因素。"部分原因是规模问题，"Ranganathan 解释说。"很多导致冰流动的基本机制都发生在我们无法看到的非常小的尺度上。我们想准确地确定这些支配冰流的微物理过程是什么，而海平面变化模型中还没有体现出这些微物理过程。"明尼苏达大学的地质学家在 2000 年代初进行了实验，研究了小块冰在受到物理压力和压缩时如何变形。他们的研究揭示了冰流动的两种微观机制：一种是"位错蠕变"，即分子大小的裂缝在冰中移动；另一种是"晶界滑动"，即单个冰晶相互滑动，导致它们之间的边界在冰中移动。地质学家发现，冰对应力的敏感性，或者说冰流动的可能性，取决于两种机制中哪一种占主导地位。具体来说，当微观缺陷是通过位错蠕变而不是晶界滑动产生时，冰对应力更敏感。兰加纳坦和明切意识到，这些微观层面的发现可以重新定义冰川尺度更大的冰流方式。他们解释说："目前的海平面上升模型假定冰对压力的敏感性只有一个值，并且在整个冰原上保持这个值不变。"这些实验表明，实际上，由于这些机制中的哪一种在起作用，冰的敏感性存在着相当大的变异性"。预测冰川流动的新模型在新的研究中，麻省理工学院的研究小组从之前的实验中汲取灵感，建立了一个模型来估算冰区对应力的敏感度，这直接关系到冰流动的可能性。该模型吸收了环境温度、冰晶平均大小和该区域冰的估计质量等信息，并计算出冰通过位错蠕变和晶界滑动发生变形的程度。根据这两种机制中哪一种占主导地位，模型就能估算出该区域对应力的敏感性。科学家们将从南极冰原上不同地点观测到的实际数据输入到模型中，其他科学家之前在这些地点记录了当地的冰层高度、冰晶大小和环境温度等数据。根据模型的估计，研究小组绘制了南极冰原上冰对压力的敏感性地图。当他们将该地图与卫星和实地对冰原的长期测量结果进行比较时，发现两者非常吻合，这表明该模型可用于准确预测冰川和冰原在未来的流动情况。"随着气候变化使冰川开始变薄，这可能会影响冰对压力的敏感性，"Ranganathan 说。"我们预计南极洲的不稳定性可能会非常不同，我们现在可以利用这个模型捕捉这些差异。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：