天文学家在矮行星厄里斯和马克马克上发现了令人惊讶的活动

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冰冷的矮行星厄里斯(Eris)和马克马克(Makemake)的内部地球化学活动证据表明,它们可能拥有地下海洋,挑战了以前这些遥远世界寒冷和惰性的概念。詹姆斯·韦伯太空望远镜的这一发现为研究行星宜居性和柯伊伯带天体的动态性质开辟了新的途径。

韦伯望远镜在厄里斯和马克马克的表面观察到了似乎是年轻的甲烷沉积物。

由西南研究所共同领导的一个团队在位于柯伊伯带的冰冷矮行星厄里斯和马克马克内发现了热液或变质过程的迹象。它们表面甲烷的存在在其岩石内部表现出温暖或潜在热地球化学活动的特征,与彗星中发现的甲烷特征明显不同。

“我们在凉爽的地方看到了一些有趣的炎热时期的迹象,”SwRI的Christopher Glein博士说,他是行星地球化学专家,也是一篇关于这一发现的论文的主要作者。“我进入这个项目时认为,大型柯伊伯带天体(KBO)应该具有古老的表面,其中充满了从原始太阳星云继承的物质,因为它们的冷表面可以保存甲烷等挥发物。相反,詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)给了我们一个惊喜!我们发现有证据表明,热过程从Eris和Makemake内部产生甲烷。

柯伊伯带及其居民

柯伊伯带是一个巨大的甜甜圈形冰体区域,位于太阳系边缘的海王星轨道之外。厄里斯和Makemake的大小与冥王星及其卫星卡戎相当。这些天体可能形成于太阳系历史的早期,大约在45亿年前。远离太阳的热量,KBO被认为是寒冷的死物。JWST研究新发表的工作首次观察到了Eris和Makemake表面的同位素分子。这些所谓的同位素异构体是包含具有不同中子数的原子的分子。它们提供的数据有助于理解行星演化。

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SwRI科学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据来模拟地下地热过程,这些过程可以解释甲烷如何最终出现在遥远的柯伊伯带的两颗矮行星厄里斯和马克马克的表面。这幅插图指出了三种可能性,包括液态水存在于太阳系边缘的这些冰冷物体中的可能性,远离太阳的热量。 图片来源:西南研究所

JWST团队测量了矮行星表面的成分,特别是甲烷中的氘(重氢,D)与氢(H)的比例。氘被认为是在大爆炸中形成的,氢是宇宙中最丰富的原子核。行星体上的 D/H 比可提供有关含氢化合物的起源、地质历史和形成途径的信息。

“我们在JWST中观察到的适度的D / H比掩盖了古代表面上原始甲烷的存在。原始甲烷的D/H比要高得多,“Glein说。“相反,D/H比率指向了深层内部产生的甲烷的地球化学起源。D/H 比率就像一扇窗户。我们可以在某种意义上用它来窥视地下。我们的数据表明,这些世界的岩石核心温度升高,因此甲烷可以被煮熟。分子氮(N2)也可以产生,我们在厄里斯上看到了它。热岩芯也可能指向其冰冷表面下潜在的液态水来源。

对宜居性和未来探索的启示

在过去的二十年里,科学家们已经了解到,冰冷的世界可能比曾经认为的更内部进化。在土的卫星土卫二和木星的卫星欧罗巴等几颗冰冷的卫星上发现了地下海洋的证据。液态水是确定潜在行星宜居性的关键因素之一。厄里斯和马克马克内部存在水海洋的可能性是科学家们将在未来几年内研究的问题。如果它们中的任何一个适合居住,那么它将成为太阳系中最遥远的世界,可能支持生命。寻找内部驱动过程的化学指标使他们朝着这个方向迈出了一步。

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由西南研究所共同领导的一个团队在冰冷的矮行星厄里斯和马克马克深处发现了热液或变质活动的证据(艺术插图)。厄里斯和马克马克位于柯伊伯带,这是一个巨大的甜甜圈形冰体区域,位于太阳系边缘的海王星轨道之外,其大小与冥王星及其卫星卡戎相当。图片来源:西南研究院

“如果厄里斯和马克梅克在他们的岩石核心中承载,或者可能仍然能够承载温暖甚至热的地球化学,那么冰冷火山过程就可以将甲烷输送到这些行星的表面,也许在地质学上最近,”洛厄尔天文台的天文学家Will Grundy博士说,他是Glein的合著者之一,也是一篇姊妹论文的主要作者。“我们发现碳同位素比率(13C / 12C)表明相对较新的表面重新浮出水面。

这项工作是行星科学范式转变的一部分。人们越来越认识到,冰冷、冰冷的世界可能内心温暖。为这项研究开发的模型还指出,土星的卫星泰坦上形成了地热气体,土卫六也含有丰富的甲烷。此外,厄里斯和马克马克的意外活动的推断强调了内部过程在塑造我们在大型KBO上看到的东西的重要性,并且与冥王星的发现一致。

“在冥王星系统的新视野号飞越之后,随着这一发现,柯伊伯带在承载动态世界方面比我们想象的要活跃得多,”Glein说。“现在开始考虑派遣航天器飞过另一个天体,将JWST数据置于地质环境中还为时过早。我相信我们会被等待的奇迹所震撼!

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