超高速撞击实验探索矮行星谷神星上有机物的来源

拓牛李强

在美国宇航局艾姆斯垂直靶场进行超高速撞击实验时产生的喷出物幕的侧视图。该实验旨在调查撞击对谷神星有机物的影响。鸣谢:美国宇航局/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室

（）据美国地质学会：美国宇航局黎明任务最令人兴奋的发现之一是，位于火星和木星之间的小行星带中最大的物体谷神星拥有复杂的有机物。脂肪分子由碳链和氢链组成，结合谷神星有丰富的水冰并且可能是海洋世界的证据，这意味着这颗矮行星可能曾经拥有我们所知的与生命相关的主要成分。

自2017年被发现以来，脂肪有机物如何起源于谷神星一直是深入研究的主题。一些研究得出结论，彗星或其他富含有机物的撞击物将它们送到了谷神星；其他人指出，在这颗矮行星的原始物质被盐水改变后，形成了分子。但是不管它们的起源如何，谷神星上的有机物已经受到了无处不在的冲击的影响，这些冲击已经在谷神星的表面留下了坑坑洼洼的痕迹。

现在，周二将在美国地质学会GSA Connects 2023会议上提交的新研究正在扩展科学家对撞击如何影响谷神星脂肪分子的理解——以及这对确定它们的起源和评估矮行星的可居住性有何影响。

“这些有机物最初是在一个大型撞击坑附近检测到的，这促使我们研究撞击如何影响这些有机物，”约翰·霍普金斯应用物理实验室的行星科学家Terik Daly说，他领导了这项研究。“我们发现有机物可能比最初报道的更广泛，而且它们似乎对类似谷神星的条件具有弹性。”

利用多个数据集

从“黎明”号的数据中，戴利知道谷神星布满了其他小行星撞击谷神星时形成的大小不等的撞击坑。但他尚未了解的是这些影响如何影响脂肪族化合物——需要这些信息来帮助限制有机物的来源，以及它们的特征在暴露于数十亿年的多次影响后可能如何改变。

“尽管研究人员过去对各种类型的有机物进行了撞击和冲击实验，”戴利说，“但缺少的是一项专门针对谷神星上检测到的有机物类型的研究，该研究使用了黎明号飞船检测它们时使用的同一种分析方法。”他说，这将使实验数据和航天器数据之间的直接比较成为可能。

戴利与一个包括马里兰大学天文学家杰西卡·桑森(Jessica Sunshine)和马里兰大学博士后研究员胡安·里索斯(Juan Rizos)在内的团队合作，在美国宇航局埃姆斯垂直靶场进行了一系列实验，胡安·里索斯现在是西班牙安达卢西亚天文研究所的天体物理学家。这些实验模拟了谷神星典型的撞击条件，撞击速度在2-6公里/秒(4400-13000英里/小时)之间，撞击角度相对于水平面在15-90度之间变化。



美国宇航局艾姆斯垂直靶场超高速撞击实验产生的撞击坑。该实验旨在调查撞击对谷神星有机物的影响。鸣谢:美国宇航局/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室

Rizos和Sunshine还进行了一项新的分析，结合了来自两种不同仪器的数据——相机和黎明号飞船上的成像光谱仪——然后使用一种算法将光谱仪的成分信息向下外推至相机的更高空间分辨率。这些结果使他们能够比以前更细致地研究有机物。

“人们分别查看了黎明相机数据和黎明光谱仪数据，但没有其他人采用我们团队用来将数据从一台仪器外推至另一台仪器的方法，这为我们绘制和理解谷神星上有机物起源的搜索提供了新的杠杆，”Sunshine说。

内部起源的证据

总的来说，该团队的分析指出了一些潜在的令人兴奋的结果。

“通过利用谷神星上收集的两种不同数据集的优势，我们已经能够以更高的分辨率绘制谷神星上潜在的有机物丰富区域的地图，”Rizos说。“我们可以看到有机物与来自更古老撞击的单位以及碳酸盐等其他矿物质有很好的相关性，这也表明了水的存在。虽然有机物的起源仍然知之甚少，但我们现在有充分的证据表明它们形成于谷神星，并且很可能存在水。”

“有可能在谷神星内部发现一个巨大的有机物内部储存库，”Rizos补充道。"所以，在我看来，这个结果增加了谷神星的天体生物学潜力."

研究人员希望美国宇航局另一项名为Lucy的任务的结果将很快揭示太阳系中的有机物。阳光也是该任务团队的一部分，并一直在思考如何将当前研究的结果应用到露西将在木星附近研究的小行星上。

“我们可能会发现不同之处，因为特洛伊小行星经历了与谷神星非常不同的撞击历史，而且因为有两种不同类型的特洛伊小行星。她说:“与谷神星进行比较将有助于我们理解外太阳系有机物的分布。”

对于所有团队成员来说，这些结果提高了对另一次谷神星任务的期望。在最新的行星科学和天体生物学十年调查中，“美国国家科学院已经在高优先级任务目标的短名单中认可了从谷神星返回的样本，”Rizos说。“如果发生这种情况，那将是几十年以后的事了。同时，对现有数据进行新颖的分析是获得新发现的好方法。”