震惊！附近矮行星地壳或九成是水

一颗被认为其脏兮兮的表面混有一些冰的矮行星，可能比我们预想的要寒冷得多。

谷神星——位于火星和木星之间的小行星带中的最大天体——可能有超过 90%的地壳由水冰组成。

如果真是这样，这个布满陨石坑和伤痕的天体能够为我们提供许多关于海洋世界的知识，还有当它们完全冻结时的模样。

“我们认为谷神星表面附近存在大量水冰，并且越往深处去，冰就越少，” 美国普渡大学的行星地球物理学家迈克·索里说道。

谷神星于 1801 年首次被发现，因其在太阳系中的位置，有时被称作小行星；但它足够大且呈球形，被归为矮行星，其大小还不到冥王星的一半。

它也是个相当有趣的怪家伙。它是唯一一颗比海王星更靠近太阳的矮行星，并且布满了亮点，这或许是其表面冰火山的证据。

所以那里很可能至少存在一些水，可究竟有多少呢？

此前基于表面的陨石坑所做出的估计表明，其含量不超过 30%。

这是因为，如果表面是水冰，科学家们认为它会随着时间逐渐发生变形，变得更加平滑和更浅。

当美国国家航空航天局的黎明号航天器于 2015 年抵达谷神星时，它发现了轮廓清晰的陨石坑，这与研究人员预期中谷神星如果是冰质所应呈现的情况不一致，所以他们相应地做出了估计。

“人们过去认为，如果谷神星非常寒冷，陨石坑会随着时间迅速变形，就像地球上流动的冰川，或者像粘稠流动的蜂蜜。然而，我们通过模拟表明，如果在谷神星的条件下混入一点点固体岩石，冰可能会比之前预测的坚固得多，”索里说。

利用黎明号任务的数据以及对一个冰质世界的计算机模拟，由普渡大学行星科学家伊恩·帕梅罗领导的团队试图调查这个假设是否正确。

他们发现，只需在冰中混入少量尘土，就能让其具备足够的结构完整性，从而保持清晰的陨石坑。

“即便固体在很长的时间尺度下也会流动，而且冰比岩石更易流动。陨石坑呈深碗状，会产生高应力，随后松弛至较低应力状态，通过固态流动致使碗状结构变浅，”帕梅洛解释说 。

“我们的计算机模拟揭示了冰在仅混入少量非冰杂质时的流动新方式，这能让富含冰的地壳即便历经数十亿年也几乎不流动。所以，我们能够获得一个富含冰的谷神星，其依然符合所观察到的陨石坑未松弛的状况。在这些模拟里，我们测试了不同的地壳结构，发现表面附近冰含量高、且随着深度增加冰含量逐渐降低的渐变地壳是限制谷神星陨石坑松弛的最优方式。”

研究人员觉得，这颗矮行星的地壳中可能有 90%以上是水冰，这给冰覆盖的海洋世界带来了一些启发。在太阳系中，有不少这样的星球，比如木星的卫星木卫二，可能还有木卫三，土星的卫星土卫二和土卫一，或许还有天王星的卫星天卫五和天卫一。

这些卫星有一层厚厚的冰壳，据认为，卫星和行星之间的引力相互作用所产生的热量，维持着其下的液态水海洋。

谷神星不围绕行星运行，这意味着没有潮汐活动来保持其内部温暖。研究人员说，曾经在那里存在的任何海洋都会完全冻结。

“我们对这一切的解释是，谷神星曾经和木卫二一样是一个‘海洋世界’，只不过它的海洋肮脏、泥泞，”索里说。“随着时间的推移，那个泥泞的海洋冻结了，形成了一个冰壳，里面夹杂着一点岩石物质。”

如果是这样的话，这意味着海洋世界可能与我们预期的大不相同。此外，美国国家航空航天局以前曾向谷神星发送过一艘航天器，可能还会再次这么做——而这颗矮行星可能的冰冻海洋世界状态使其成为一个非常有趣的研究目标。

“在我看来，如果我们的判断没错，这当中令人兴奋的部分在于，我们有一个冰冻的海洋世界，离地球相当近。谷神星或许能成为太阳系外那些拥有海洋的冰冷卫星的一个颇具价值的参照点，比如木星的卫星木卫二和土星的卫星土卫二，”索里说。

“因此，我们觉得谷神星在宇宙中是最容易抵达的冰冷世界。这使它成为未来航天器任务的一个很好的目标。”

这项研究已发表在《自然·天文学》上。