2022-10-21 14:17

这颗位于太阳系边缘的奇怪矮行星有一个新的起源故事

an illustration of a oval shaped rocky body in space with two smaller astroids around it

柯伊伯带是一个甜甜圈形状的冰体环,延伸到海王星的轨道之外,是太阳系中一些最奇怪的天体的家园。在这片冰冷的区域内,有数万亿颗彗星、小行星和太阳系早期遗留下来的天体残骸,其中一些人类可能已经很熟悉了,比如冥王星、厄里斯和马克马克。

然而,其中最有趣的古怪之处在于矮行星——土卫五。

尽管它是在不到20年前被发现的,但关于这颗矮行星的信息很少,因为它距离太远,地球上的望远镜很难进行精确测量。但是,我们所知道的关于土卫一的有限信息表明,它是一个极其奇怪和重要的实体。这颗行星的形状几乎像一个泄气的足球,它的旋转速度比其他任何与它同样大小的行星都要快,绕其轴旋转仅需要4个小时。除了有两颗卫星,土卫五还有一个非常微弱的环系统,几乎全部被水晶水冰覆盖,这使它成为研究它是否曾经有过生命的绝佳人选。

马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的科学家杰西卡·诺维耶洛说:“从天体生物学的角度来看,关于生命是如何开始的,我们还有很多不知道的东西,即使是在地球上,我们也生活在这里。”“我们仍在试图弄清最初创造生命究竟需要什么样的成分,我们知道最重要的成分之一是水。”

研究人员如此感兴趣了解更多关于土卫五的另一个原因是,它是十几个“兄弟”富含水的天体中最大的一个,这些天体的轨道似乎彼此相似。到目前为止,它是柯伊伯带中唯一一个这样的“家族”系统,但像诺维耶洛这样的科学家说,该地区最大的谜团之一是这个独特的系统是如何形成的——包括它有趣的结构。

为了更清晰地描绘这颗行星的起源和演化,Noviello和一组研究人员使用计算机模拟模拟了它过去数十亿年的历史,看看是什么样的条件导致了“婴儿期的Haumea”变成了成熟的现代版本。

通过将“土卫一”的估计大小、质量和旋转速率输入到模型中,研究人员能够使用这些模拟来分解这颗行星,并从零开始构建它,以研究帮助它发展的许多化学和物理过程。一旦他们掌握了所有这三个方面,他们就在假设物体的角动量保持不变的前提下,计算了物体在整个历史过程中的角动量(它继续旋转的能力)。在运行了数十个充满不同变量和小变化的模拟,以测试每个变量如何影响其进化之后,他们得出了一些似乎正确的结果。

亚利桑那州立大学地球与空间探索教授Steven Desch说:“其中一个主要观点是,这些家庭成员是在一次大碰撞中被撞掉的。”如果土卫一的碎片由于与另一个物体的笨拙相遇而发生碰撞,那么碎片数量将会多得多,其中许多碎片的轨道也会有所不同。但Desch指出,事实并非如此。相反,他们的模型假设,当行星还在形成时,神神星确实与另一个物体发生了碰撞,但当时飞出的碎片与今天的神神星家族所见不同,这是其他研究人员所认为的。

相反,这个家族出现的时间要晚得多,当时行星致密的岩石结构在中心形成了内核,而密度较轻的冰上升到了外层。Desch说:“所有的水渗透到地核中,与岩石发生反应,将致密的岩石变成密度较低的粘土,这导致地核膨胀。”实际上,豪美阿外表面的一些质量被甩了出去,这些碎片形成了科学家们今天研究的豪美阿家族。

他们的模型还能预测土卫五上的冰的数量,以及土卫五的体积。在另一个名为IcyDwarf的代码的帮助下,研究人员甚至得出结论:在某一时刻,土卫五的温度足够高,足以在其内部维持约2.5亿年的液态水海洋。诺维耶洛说,尽管那片海洋后来冻结了,但发现另一颗行星的起源可能是什么样子是无价的,如果只是为了帮助人类在未来发现更多的冰和海洋世界。

她说:“了解海洋世界的多样性和它们在太阳系中存在生命的潜力,有助于我们把一切都放在背景中,并专注于更好的目标,以便在未来进行更广泛的观察,以探测任何类型的生物特征。”“在火星上,遵循的是水,这与系外行星没有区别。”