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探测器发现电子分解彗星大气分子,苏州市科学

“罗塞塔”揭示彗星67P天气

通过欧空局罗塞塔飞船上的科学仪器,科学家首次在彗星67P/丘留莫夫格拉西缅科表面发现大片水冰,解开了彗星上是否有水冰这个由来已久的谜团。新发现有助于对彗星上部动力层及其进化的研究。 科学家已知道彗星的彗发,即彗核周围膨胀的气体云,是由水分子控制的,也了解冰是彗核的主要成分之一。但直到此前,彗星表面上的水冰却一直没有被探测到。 研究人员发表在最新一期《自然》杂志上的论文称,这次罗塞塔飞船的紫外成像光谱仪在彗星67P底部两个地区发现几十英尺的水冰,分别在悬崖壁上和岩屑崩塌落下的碎片中,并在可见光下出现明亮闪耀的斑块。研究人员称,看起来像有破损,或是一些东西落在彗星表面,而且一个面积较大的新区域内暴露出有水冰。这是第一次直接探测到其内部的冰。 通过成像光谱仪进一步分析显示,新暴露区域的水冰粒有两种不同尺寸。在微米范围内的小颗粒形成一层薄薄的霜,可能由彗星旋转形成。当彗星的这一区域远离太阳,水凝结成冰,从彗发脱离到彗核。而在白天时水又回到彗发。更大的冰粒有几毫米,一种可能的解释是,当彗星飞近太阳,其浅层地下的冰会蒸发,然后向下移动到较冷的下表面,又在那里的空隙凝结。 研究论文的作者、美国加州喷气实验室行星科学家默西说:这次发现水冰令人兴奋,由此我们将可以开始了解彗星的上部动力层,以及它们是如何进化的。 彗星67P的表面像大部分彗星一样,主要被几乎是黑色的有机物质覆盖。这是因为当彗星飞向太阳,暴露在高温下,其表面像冰一样的物质蒸发,从固态变成气体。但彗星地壳上的硅酸盐类物质,类似地球上的岩石、沙子、泥土和含碳物,不易挥发,会随着时间的推移富集在彗星表面。

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“罗塞塔”探测器于5月3日在距离彗星135公里的轨道上拍摄的画面。图片来源:ESA

彗星“67P/丘留莫夫-格拉西缅科” 图片来源:ESA

一个意想不到的“罪魁祸首”正在分解彗星67P/Churyumov-Gerasimenko周围大气中的水分子和二氧化碳分子。

本报讯 即便是彗星,也会有天气现象。“罗塞塔”探测器发现,在彗星“67P/丘留莫夫—格拉西缅科”的“脖颈”区域附近,有一片约1平方公里的固态冰。这颗彗星在昼夜循环过程中会利用这个“冰场”,驱动星体上的小型天气系统,当太阳升起时,会使一些冻冰升华。

由环绕这颗彗星运行的“罗塞塔”探测器获得的数据显示,上述过程就发生在距离彗星表面几百米的范围之内,它是由电子——而不是科学家之前预期的光子——所引发的。

这些冰是去年8月利用“罗塞塔”号载荷的红外热成像光谱仪收集的数据发现的,VIRTIS是一个用来绘制该彗星化学特征的光谱仪。当彗星上是白天时,“脖颈”处于阴影中,彗星上的水信号非常强,这表明当彗星旋转时,出现了流冰区,并且它们随后消失了。

领导这项研究工作的美国马里兰州巴尔的摩市约翰斯·霍普金斯大学天文学家Paul Feldman表示:“这真的太让人感到惊讶了。”

“彗星上有冰,这并没有让我感到惊奇,但是彗星表面存在水的直接证据确实非常新鲜。”德国马普学会太阳系研究所的Holger Sierks说。

澳门银河下载,研究人员在6月2日的《天文学与天体物理学》杂志网络版上报告了这一发现。

研究人员表示,彗星深层的冰很有可能会替换原来表层的冰,成为新的彗星表面。昼夜温度的巨大差异足以继续让彗星表面的冰层开裂,使彗星深部的水逃逸。

彗星在接近太阳的过程中随着受热会释放出水与二氧化碳。这些气体夹杂着尘埃形成了彗星模糊的大气以及与众不同的尾巴。在这一过程中,来自太阳的紫外线将这些分子分裂为组成它们的原子。氢原子、氧原子和碳原子都能够在紫外波长下吸收与释放光子。

意大利罗马空间天体物理学和行星学研究所研究员Maria Cristina De Sanctis是此次研究论文的第一作者,她指出,他们发现的这片冰场挥发的水汽仅占彗星总挥发量的3%,她相信彗星表面其他地方也存在冰,尽管这些地方的冰现在尚未发现。

通过观测这一“泄露天机”的发光现象,美国宇航局的哈勃空间望远镜已经在其地球轨道上发现了这些元素,但它们仅仅是以很低的分辨率在很大的气体云团中被发现的,并且距离彗星表面达数千公里。

Sierks 表示,诸如67P一类的彗星都在不停地进行着类似的循环,直到“耗光”这些天体上的水。“我们今天看到的也是这颗彗星旋转很多周期之后的残体。”他说,“再旋转1000个周期左右,它就会消失。”

而如今正在环绕彗星67P/Churyumov-Gerasimenko的轨道上运行的欧洲空间局的“罗塞塔”项目,则有机会利用NASA的爱丽丝紫外光谱仪为天文学家献上近距离的观测结果。

《中国科学报》 (2015-09-28 第2版 国际)

在“罗塞塔”探测器环绕彗星67P/Churyumov-Gerasimenko运转的头4个月中,Feldman的研究团队发现,他们并没有观测到有任何原子是被紫外线“劈开”的,相反他们看到高能电子在接近彗星表面的地方形成了孤独的氧原子、氢原子和碳原子。

英国新科学家网站相关报道

通过分析来自彗星67P/Churyumov-Gerasimenko的光线,爱丽丝紫外光谱仪利用这些受激原子的特征波长,以几十米的分辨率绘制了这颗彗星的构成图谱。原子光谱中光波长的相对强度让研究人员得以了解各种原子的比例。

在这种情况下,Feldman表示,他的研究团队推断,这些原子是由电子从它们的分子那里分裂而来的——而非之前以为的光子,并将它们置于一种能够被爱丽丝紫外光谱仪所观测到的激发态。

一些研究人员之前曾担心爱丽丝紫外光谱仪将很难观测到这些原子成分,这是因为它离彗星太近,导致气体不像哈勃空间望远镜看到的那样稠密。尽管事实被证明确实如此,但大量被电子劈开的原子无论如何都可以被观测到。

在NASA的MAVEN火星任务中负责类似设备的博尔德市科罗拉多大学天文学家Nick Schneider表示:“这真是一个完美的结果。”他说:“能够这么近距离地观测彗星真的很难得。”

“罗塞塔”探测器于2004年3月发射升空,经过历时10年多、总长超过64亿公里的太空飞行,于2014年8月6日按计划成功进入距离彗星67P/Churyumov-Gerasimenko约100公里的轨道。11月,其“菲莱”着陆器脱离“罗塞塔”并成功登陆目标彗星。

“罗塞塔”探测器是人类首个近距离环绕彗星飞行的航天器,将在一年多的时间里陪伴彗星67P/Churyumov-Gerasimenko接近太阳。科学家认为,彗星就如同时间胶囊,蕴藏着太阳系形成时期留下的原始物质;对彗星发散出的气体、尘埃以及彗星核结构和其他相关有机物质进行详细研究,将有助人类探清与太阳系形成、地球上水的来源乃至生命起源有关的奥秘。

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