穀神星地位百年變遷：地質活躍含大量水分

新浪科技訊 北京時間9月6日消息，據英國廣播公司(BBC)網站報導，到失敗的行星，穀神星應該被排到第一位。當然很多人會提到冥王星被剔除出大行星行列的“遭遇”。但實際上穀神星早在冥王星之前很多年就已經經歷了類似的情況。

曾經穀神星也被認為是太陽系中的一顆大行星。當天文學家們在1801年最早發現它時，它是運行在木星與火星之間唯一已知的天體。這個故事不得不讓人想到冥王星的情況，兩者之間有驚人的相似性——當天文學家們在火星與木星之間發現越來越多類似大小的天體之后，這一區域被命名為小行星帶，而穀神星也被重新定義為一顆小行星。

但即便是小行星，那穀神星也不是一顆普通的小行星。它仍然是小行星帶中最大的成員，几乎占了整個小行星帶所有小天體總質量的三分之一。穀神星的質量足夠大，使其能夠成為球體，這樣它就達到了被歸入矮行星的資格條件。盡管地位仍然略顯尷尬，但近期的探測結果已經證明穀神星的意義遠不僅僅只是一塊比較大的太空石塊而已。

舉例而言，最新的探測表明穀神星可能是太陽系中含水量最為豐富的天體之一，估算水的成分占到穀神星總質量的大約15%，總體積的大約1/3。當然穀神星上大部分的水是以水冰的固態形式存在的，但科學家們認為在穀神星的內部深處可能也存在有部分的液態形式的水體。由於水是生命存在的基本條件之一，穀神星上存在大量水體的事實不得不讓人對其存在生命的可能性進行探討。

當然這並不等於穀神星上就真的存在地外生命，但這樣一個天體的確給了我們有關地外生命起源方面的關鍵線索，不管地球上的生命最初起源究竟是在地球上還是源自地球之外。

作為內太陽系中唯一的此類天體，穀神星代表了構成行星的關鍵原始材料之一。美國約翰·霍普金斯大學行星科學家安迪·裏夫金(Andy Rivkin)表示：“穀神星代表了形成行星之前的最后階段。”穀神星是過去留下的遺骸，而對它開展的探測則正是在尋訪太陽系的歷史——目前，美國宇航局的“黎明”(DAWN)號探測器正在圍繞穀神星的軌道上運行，它正在開展的正是這樣的探測工作。

“黎明”號的任務還遠遠沒有結束，但僅僅看到目前為止已經獲得的成果，這艘飛船已經為我們展示了一個神秘的外星世界——這是一個遍佈隕坑的星球，但它不是一個冰和岩石組成的枯燥星球，而是一個活躍的世界。

獨特的世界

在18世紀末，天文學家們已經知道太陽系中的7顆大行星，此前在1781年他們剛剛在行星名單里加入了天王星的名字。然而如果仔細觀察就會發現在火星與木星之間似乎存在一個巨大的間隙。根據一個被叫做“提丟斯-波德定則”的經驗公式，天文學家們認為行星到太陽之間的距離遵循一種獨特的模式。而如果這一模式成立，那麼在火星與木星之間的這個空隙地區就應該存在一顆行星。

因此，當義大利天文學家皮亞奇(Giuseppe Piazzi)在1801年的新年之夜發現穀神星的消息傳出之后，天文學家們舉杯歡慶——不僅是因為他們終於發現了那顆“缺失”的行星，並且這也是現代人類發現的第二顆行星。

在接下來的幾年時間裏，盡管天文學家們又陸續在這一區域內發現了另外的3顆天體，但穀神星仍然保持住了它的大行星地位。事實上，甚至在天文學家們發現海王星之后的將近50年時間裏，穀神星仍然一直保持它的大行星地位。值得一提的是，海王星的軌道並不符合所謂“提丟斯-波德定則”。

到了這個時候，由於望遠鏡技術的長足進步，天文學家們開始在穀神星軌道附近發現越來越多的類似天體。他們逐漸意識到，或許穀神星只不過是一個全新的天體種類中的普通一顆而已。於是穀神星不再被視作一個大行星，而是被歸入了“小行星”的類別。

美國加州大學洛杉磯分校的行星科學家克里斯·拉塞爾(Chris Russell)：“可憐的穀神星就這樣被開除了。在1801年當它被發現的時候，它被視作一個大行星，但自那以后它的地位就一直在下滑。”

就這樣，穀神星淪落到了小行星一樣的地位，盡管它是其中最大的一顆。但不管怎麼樣，在大部分人的心目中，對於穀神星的印象也就停留在一塊比較大的太空岩石的層面上。裏夫金錶示：“甚至是在大部分科學家群體中，我想大概也是在最近的10~15年間我們才漸漸真正意識到穀神星有多麼的獨特和不同。”他指出，科學家們直到大約15年前才較為精確的測定了穀神星的質量，結果顯示穀神星的密度稍低於此前估計。這是一項重要發現，因為這種較小的密度暗示其內部的物質組成中必定含有數量巨大的水冰成分。

當然水冰本身並不罕見。正如多艘探測器得到的結果已經證實的那樣，太陽繫到處都存在水。在彗星上，在土星，木星的衛星上，甚至是在冥王星和它的衛星“卡戎”上都存在大量的水冰。在其中的一些地方，比如木衛二以及木衛三的地表之下，科學家們都存在巨大的地下海洋。圍繞木星與土星運行的還有其他一些大小與穀神星相仿的冰衛星。但如果你考慮穀神星的大小，主要由硅酸鹽岩石組成的成分特徵以及它位於小行星帶的位置，那麼穀神星就顯示出自己的與不同了

但穀神星並非一開始就是如此與不同的。在大約45億年前，大致是當行星開始形成的初期階段，當時的太陽系中散佈數以萬計的大小與穀神星相接近的冰凍小天體。在漫長的歲月中這些小天體不斷相互碰撞並逐漸合併、長大，最終形成了我們今天所看到的各大行星，其中也包括我們生活的地球本身。

而如果當初的那些冰凍天體沒有能夠最終聚合形成行星，那麼它們就極可能會在撞擊過程中變得支離破碎，這些碎屑物在太空中飄蕩，並最終形成了今天位於火星與木星之間的小行星帶。幸運的是，在這場浩劫中穀神星完好地保存了下來。

類似穀神星這樣的冰凍天體並不僅僅對於行星的形成至關重要，它們對於地球上生命的起源同樣意義非凡。地球上擁有廣闊的海洋，而生命正是最早從海洋環境中誕生的。地球海洋中如此多的水體，正是由於在早期歷史上有大量的彗星以及類似穀神星這樣含有水冰的冰凍天體不斷撞擊原始地球，並在這一過程中為地球帶來了豐富的水源。

並且，我們還應當認真考慮穀神星本身可能具有生命存在的可能性。穀神星直徑大約950公里，質量比地球的衛星月球小80倍。這樣小的體量顯然不足以擁有大氣層，任何液態水或固體冰也都難以在穀神星的地表長時間存在。然而，如果我們討論的是穀神星的地表之下，那麼情況又完全不同了。

當穀神星最初形成時，它的溫度足夠高，可以融化水冰，從而讓水冰與岩石成分相互分離更加容易。於是那些質量更大的岩石物質便逐漸向著穀神星的核心下沉，而水體則主要保存在外部，形成一個類似“地幔”的部分。

隨后，穀神星的冷卻過程從外部向內部逐漸進行，因此，盡管今天看來穀神星的整個外部就是一個由水冰、粘土與岩石混合而成的冰凍星球，但在其深部仍然有可能保存一部分呈液態的水體。或許存在這樣的可能性，那就是在穀神星內部深處的某處，那裏的環境足夠溫暖潮濕，從而能夠讓生命在這裏存活。

盡管沒有人敢穀神星上就一定存在生命，但至少我們的確可以發現穀神星相比其他幾個同樣被認為有可能適合生命生存的星球存在一些優勢，如木衛二以及木衛三。相比這些冰衛星，穀神星更靠近太陽，因此能夠獲得額外的溫暖，這有利於生命的生存。

除此之外，木星的那些冰衛星所處的位置都暴露在木星強大的磁場與輻射之下，而相比之下，穀神星所在的位置就沒有這樣的問題。正如拉塞爾所言：“我想，相比木衛二以及木衛三的內部，對於生命而言，穀神星的環境可能更加友好。”

在2014年，穀神星在科學家們的心目中甚至變得更加有趣了。就在這一年，歐洲的赫歇爾空間望遠鏡在這顆矮行星的周圍探測到的水氣的跡象，這是首次在一顆小行星帶天體上探測到確鑿的存在水的證據。這些水氣似乎會在不同的時間裏出現，然后再消失，這種情況引發了科學家們對於穀神星上可能存在冰火山或其他地質活動的猜想。

“黎明”號抵達

為了搞清楚究竟是什麼機制生了這樣的水氣信號，科學家們需要靠的再近一些進行觀察。幸運的是，有一艘飛船已經在路上了。

2007年，美國宇航局的“黎明”號探測器發射升空，在花費超過1年的時間對另外一顆小行星帶天體灶神星(Vesta)進行探測之后，它開始調轉航向，飛往穀神星。隨黎明號與穀神星之間的距離越來越近，科學家們注意到在這顆矮行星的表面有一個明顯的白色亮斑，相對周圍灰暗的色調形成鮮明對比。

隨距離的進一步靠近，科學家們意識到這個亮斑並非是單一的一個，而是兩個。它們非常明亮，甚至很多UFO狂熱分子又開始興奮起來，宣稱這是存在“穀神星人”的證據。

但科學家們對此提出了其他幾種可能性。他們認為，這種明亮的斑點可能是太陽光在近期形成的水冰層表面反光造成的現象。或者有可能黎明號的鏡頭正好正對一座冰火山口內部的冰面，因此看到了強烈的反光。

不管是哪種情況，這都將表明穀神星是一顆在地質學上仍然活躍的星球，但同時它也表明穀神星上的水體可能已經抵達近地表區域。這種情況直接指示一個潮濕的，可能適合生命生存的地下環境。

2015年3月，黎明號進入穀神星軌道，此時科學家們在穀神星表面發現了更多更小的此類斑點。觀測顯示其中那些看上去比較大的斑點實際上也是由許許多多較小的斑點聚集在一起形成的，它們都位於一個名叫“Occator”的直徑大約90公里的隕坑內部。

現在，黎明號正在距離穀神星表面僅有大約1470公里的軌道上運行，拉塞爾表示，科學家們目前已經基本排除了這些亮斑是熱泉或冰火山的可能性。拉塞爾是黎明號飛船項目的首席科學家。

地表鹽分

在經過更加細緻的測量之后，研究人員發現這些亮斑的反照率並非如他們此前所認為的那麼高。在最高的情況下它們也只是反射大約50%的入射光線，這種反照率顯然是低於水冰噴泉的情況的。

它們也不太可能是一片冰面。在穀神星表面的環境下，水冰無法持續穩定存在很久，而是很快就會升華殆盡，而更加重要的是黎明號飛船上搭載的相機和紅外光譜儀都未能探測到任何與水冰成分相關的化學信號。拉塞爾表示，到目前為止最有可能的情況就是：這是一片出露地表的鹽層，但並非食鹽，而是其他的化學鹽類，如硫酸鎂之類。

這樣的結果似乎沒有水冰噴泉這樣的字眼那麼讓人感到興奮，然而科學家們指出，鹽類的存在仍然可以指示流動水體的存在。拉塞爾表示：“同樣是水體存在的明確證據，因為鹽分不會自己漂浮到穀神星的表面。它必須是由某種液體攜帶上來的。”

但科學家們目前還無法判定的是這些鹽分究竟是何時從水體中析出並沉澱下來的，或許是在去年，也或許是在100萬年前，這樣的可能性都存在。然而如果將哈勃空間望遠鏡在過去拍攝的穀神星圖像與黎明號拍攝的最新圖像進行對比，研究人員可以大致判斷這些亮斑是否在此期間發生過改變，也就是，我們將可以判斷出在目前這一階段，液態水是否仍在繼續向穀神星地表輸送鹽類物質。

與此同時，黎明號飛船正在繼續為我們帶來更多有關穀神星的驚喜。黎明號的探測數據表明在 Occator隕坑內的大部分區域都覆蓋一層薄薄的“霧氣”，其漂浮的高度沒有超出撞擊坑的邊緣隆起。

目前黎明號飛船的飛行高度還是太高，尚無法對這層“薄霧”的成分進行較為詳細的觀測，目前我們唯一知曉的事實僅僅是，這種薄霧會散射陽光。但究竟其是否是水氣成分目前還無法斷言。如果最后發現事實的確如此，那麼它就很有可能與從地下向穀神星地表輸送鹽分的水體過程有關，甚至或許與去年歐洲赫歇爾望遠鏡所探測到的穀神星周圍的水氣信號有關。

而除了這些明亮的神秘斑點之外，穀神星上另一個最令人關注的地方大約就是在其表面發現的一座金字塔形的高山，其高出周圍地形超過6000米。拉塞爾表示，乍一看你會覺得這座山的樣子與近期飛越冥王星的新視野號探測器拍攝的冥王星表面的山峰非常相似。形成這座山峰的地質學過程很有可能在這兩顆矮行星上都存在。

但拉塞爾也指出，這座山峰也有可能是一種在地質學上被稱為“冰舉丘”(pingo)的永久性凍土隆起，這種地形可以在美國的阿拉斯加州，甚至是在火星上看到。

在地球上，冰舉丘是在永凍土層下方有冰層逐漸生長，引發地表隆升而形成的，其高度有時候可以達到50米左右。黎明號項目的科學家們目前正在傳回的穀神星全球圖像中搜尋類似的地形特徵。拉塞爾解釋，由於穀神星上相比地球要弱得多的重力環境，在穀神星上冰舉丘的高度可能可以達到非常高的高度。

黎明號將繼續在目前的軌道上開展數據收集工作，隨后計劃在今年12月份左右將飛行高度下降到距離穀神星地表約375公里的高度上。在那之后黎明號飛船就將持續圍繞穀神星飛行，至少持續到明年夏天，其主要科學探測任務期結束。但對於整個黎明號項目來，其整體使命或許並不一定會在完成對穀神星的考察之后就迎來終結。

裏夫金錶示：“穀神星將是開展后續探測任務的理想候選地，比如，或許可以派遣一輛‘穀神星漫游車’登陸到它的表面開展探測。”穀神星也將是測試未來計劃登陸木衛二的陸器的理想地點。目前歐洲空間局(ESA)以及美國宇航局(NASA)都正在規劃實施對木衛二的探測計劃，但兩大航天機構的設想中都沒有包含陸探測任務，而僅僅是設想讓一艘探測器進入其軌道開展考察。科學家們認為木衛二的地下存在一個巨大的海洋，因此如果能夠登陸到木衛二的冰層表面併進行鑽探將會令人興奮地多。

然而，我們距離能夠在木衛二這樣的星球表面開展鑽探的時間依舊很遙遠。在這樣的情況下，在穀神星上實施類似的計劃就會顯得容易許多。一來穀神星距離我們更近，而來這裏沒有木星附近那麼強烈的輻射環境。拉塞爾甚至認為，最終我們或許可以考慮派遣宇航員登陸到穀神星的表面，他：“穀神星是我們實現宇航員火星登陸之后，理想的下一個登陸目標。”

盡管可能性非常低，但假如穀神星上真的存在生命，那麼我們也需要依靠一艘陸器才能找到它們。拉塞爾表示：“我沒有任何證據，我也不認為我們有任何機會真的能夠在穀神星上找到生命。但如果真的有一項探測任務計劃前往穀神星開展搜尋生命存在跡象的研究，那麼我對會為它投上一張支持票。”

即便穀神星上沒有外星生命，但我們已經知道這顆星球本身仍然是活躍的，那裏有水氣，有冰凍的山峰，流動的水體，以及預計在未來幾個月的時間裏黎明號將要向我們呈現的其他奇異圖景。在拉塞爾的眼中，這樣的地質活動讓穀神星看上去真正像是一顆行星。

事實上，當國際天文學聯合會(IAU)在2006年投票將冥王星和穀神星一同歸入矮行星類別時，他們的確也曾經考慮過另外一個選項，那就是將將這兩顆星球全都宣佈為大行星。在表決時，第一個被提出的行星定義方案是：行星必須是球形，且圍繞恆星運行。如果這一定義被採納，那就會將穀神星和冥王星以及外太陽系的其他幾顆符合條件的天體都包括在內，從而使得太陽系行星的數量增加為12顆。

但不幸的是，天文學家們最后還是決定採用較為嚴格的那套方案，要求作為行星的天體不僅自身必須呈球形，還必須清空自身軌道周圍的其他物體。這樣的定義直接將穀神星與冥王星排除在外，因為它們兩者分別位於小行星帶和柯伊伯帶兩個小天體密佈的區域。

到目前為止，穀神星仍然是一顆受到官方認可的矮行星，但無論你怎麼稱呼它，你都不能這是一個令人乏味的星球。(晨風)