詹姆斯·韦伯太空望远镜破译了冥王星冰卫星卡戎的起源

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜在冥王星最大的卫星卡戎表面发现了二氧化碳和过氧化氢，这有可能揭示其起源。

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天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 在冥王星最大的卫星卡戎的冰冻表面上检测到了二氧化碳和过氧化氢。探测这些分子可以告诉科学家卡戎和太阳系边缘其他冰体是如何诞生的。

自 1978 年发现卡戎以来，人们对其进行了广泛的研究，但之前的研究仅限于在这些分析过程中可以探索的光波长。这使得我们对冥王星这颗卫星的表面组成的理解存在空白。因此，尽管科学家们在卡戎上检测到了水冰、含氨物质和有机化合物，但二氧化碳和过氧化氢却躲过了检测。到目前为止，就是这样。

由西南研究所 (SwRI) 的 Silvia Protopapa 领导的团队通过使用 JWST 的近红外光谱仪 (NIRSpec) 仪器研究卡戎来填补了这些空白。

普罗托帕帕告诉 Space.com：“我们的研究表明，卡戎表面通过二氧化碳的存在保留了其形成的证据，以及过氧化氢的存在表明了辐射过程的迹象。” “这些发现扩大了卡戎已知的成分清单，其中包括水冰、含氨物质以及导致其灰色和红色着色的有机物质。”

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卡戎是一个中等大小的天体，宽约 750 英里（1,207 公里），位于柯伊伯带，柯伊伯带是一个由冰冷碎片、彗星和矮行星组成的环，也称为跨海王星天体 (TNO)，位于太阳系边缘。

与柯伊伯带中的许多较大天体不同，卡戎的表面并没有被甲烷等挥发性冰所遮蔽，这意味着它为科学家提供了关于阳光照射和陨石坑对这些遥远天体的影响的宝贵见解。此外，卡戎是唯一可进行地质测绘的中型海天观测组织。这要归功于美国宇航局的新视野号航天器收集的数据，该航天器大约十年前访问了冥王星系统。

普罗托帕帕说：“总的来说，这些因素使卡戎成为我们可以广泛学习的宝贵目标。” “我们的发现为了解阳光照射和陨石坑等过程如何塑造卡戎表面以及进而塑造海王星轨道之外的其他中型冰体表面提供了宝贵的见解。”

卡戎上的酷炫惊喜

恒星、行星和卫星的组成可以根据它们发射或表面反射的光来确定。这是可能的，因为元素吸收和发射特定波长的光。因此，通过一种称为“光谱学”的技术观察天体的光谱可以揭示元素和化合物的“指纹”。

Protopapa 和同事通过将 JWST 光谱观测结果与卡戎表面的实验室测量和详细光谱模型进行比较，得出了他们的发现。这使他们得出结论，二氧化碳主要作为富含水冰的地下表面的表层存在。

普罗托帕帕解释说：“正如新地平线号任务所揭示的那样，卡戎表面有许多陨石坑，周围环绕着明亮的喷射物覆盖层，这些喷射物覆盖层富含水冰和含氨化合物。” “这些地质特征表明，地表以下的物质已因撞击事件而暴露出来，为了解月球地下成分提供了一个窗口。

“我们首选的解释是，上层二氧化碳源自内部，并通过陨石坑事件暴露在表面。”

她补充说，二氧化碳也是预期的，因为已知这种化合物存在于形成冥王星系统的原行星盘区域。美国宇航局的新视野号宇宙飞船在 2015 年访问冥王星并拍摄卡戎图像时并未发现二氧化碳，这一事实一直困扰着科学家一段时间。

“二氧化碳的检测令人满意地证实了我们的期望，”普罗托帕帕继续说道。

团队没有预料到的是过氧化氢的检测。

“卡戎上检测到过氧化氢令人惊讶。老实说，我没想到会在表面找到它的证据，”普罗托帕帕说。 “自 2000 年代以来，人们就知道木星的卫星木卫二表面存在过氧化氢。我从未想过我会写一篇论文来比较这些冰冷的卫星卡戎和木卫二，因为它们的环境有多么不同。”

卡戎上意外存在的过氧化氢向研究小组表明，冥王星最大卫星的富含水冰的表面正在被来自太阳的紫外线、来自太阳风的高能粒子以及来自太阳系以外的带电粒子流积极改变。太阳系称为“银河宇宙射线”。

“过氧化氢是由邻近的氢氧根离子自由基结合形成的，氢氧根离子自由基源于传入的离子、电子或光子导致的水分子的分解，”Protopapa 继续说道。 “我们的团队进行了新的实验室测量，以确认即使存在二氧化碳也有可能产生过氧化氢。”

该团队尚未完成冥王星最大卫星的研究。詹姆斯韦伯太空望远镜将继续研究卡戎，科学家将利用所得数据更好地了解整个冰冷的海天体。

普罗托帕帕说：“未来的 JWST 观测针对当前数据中未涵盖的光谱间隙，可能会带来新的卡戎发现，并进一步扩大其化学库存，可能揭示其他起作用的机制。”

该团队的研究成果于周二（10 月 1 日）发表在《自然通讯》杂志上。

最初发布于Space.com。