科学家发现冰冷矮行星中地热活动的证据

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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（艺术插图）深处发现了热液或变质活动的证据。厄里斯和Makemake位于太阳系边缘海王星轨道之外的柯伊伯带，这是一个巨大的环形冰体区域，大小与冥王星及其卫星卡戎相当。鸣谢:西南研究院

（）据西南研究院：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活动的证据。在其表面检测到的甲烷在其岩石内核中具有温暖甚至炎热的地球化学迹象，这与彗星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大学的克里斯托弗·格林博士说，他是行星地球化学专家，也是这项发现的一篇论文的主要作者。

“我参加这个项目时认为，大型柯伊伯带天体（kbo）应该有古老的表面，这些表面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。我们发现了证据表明厄里斯和Makemake内部产生甲烷的热过程。”

柯伊伯带是太阳系边缘海王星轨道以外的一个巨大的环形冰体区域。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45亿年前。由于远离我们太阳的热量，kbo被认为是冰冷、死亡的物体。

JWST研究的最新成果首次观测到了厄里斯和马克马克表面的同位素分子。这些所谓的同位素是含有不同中子数的原子的分子。它们提供了有助于理解行星演化的数据。

JWST团队测量了矮行星表面的成分，特别是甲烷中氘（重氢）与氢（氢）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。行星体的D/H比值可以提供有关含氢化合物的起源、地质历史和形成途径的信息。



SwRI的科学家们利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据模拟了地下地热过程，这可以解释甲烷是如何出现在厄里斯和马克马克的表面的。这两颗矮行星位于遥远的柯伊伯带。这幅插图指出了三种可能性，包括液态水可能存在于太阳系边缘远离太阳热量的这些冰体内。鸣谢:西南研究院

“我们在JWST观测到的适中的D/H比掩盖了在古老表面存在原始甲烷的事实。格林说:“原始甲烷的D/H比要高得多。”

“相反，D/H比值表明甲烷产生于地球内部深处。D/H比就像一扇窗户。我们可以用它来窥视地下。我们的数据表明这些世界的岩石核心温度升高，因此甲烷可以被加热。分子氮（N2）也可以产生，我们在厄里斯看到了它。热核也可能指向其冰冷表面下液态水的潜在来源。”

在过去的二十年里，科学家们已经了解到，冰世界的内部演化程度比以前认为的要高得多。在几个冰冷的卫星上发现了地下海洋的证据，如土星的卫星土卫二和木星的卫星木卫二。液态水是决定潜在行星宜居性的关键因素之一。

科学家们将在未来几年中研究厄里斯和Makemake中存在海洋的可能性。如果它们中的任何一个适合居住，那么它将成为太阳系中可能支持生命的最遥远的世界。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。

“如果厄里斯和马克马克在其岩石内核中拥有，或者可能仍然拥有温暖甚至炎热的地球化学，那么低温火山过程可能会将甲烷带到这些行星的表面，也许是在地质上最近的时间，”威尔·格伦迪博士说，他是洛厄尔天文台的天文学家，格林的合著者之一和一篇姐妹论文的主要作者。

“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，冰冷的世界可能内心是温暖的。为这项研究开发的模型还指出了土星卫星泰坦上地热气体的形成，该卫星也有丰富的甲烷。此外，对厄里斯和Makemake上意外活动的推断强调了内部过程在塑造我们在大型kbo上看到的东西中的重要性，这与冥王星上的发现一致。

“在新视野号飞越冥王星系统后，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，”格林说。“现在开始考虑派遣一艘飞船飞过这些天体中的另一个，将JWST数据置于地质背景中并不为时过早。我相信我们会被等待着的奇迹所震惊。”

该论文发表在《伊卡洛斯》杂志上。