關於月球、火星、木星…近年來有哪些新發現?
2019年10月29日11:22

  隨著深空探測和新時代天文學的飛速發展,我們對太陽系內外天體的認識也在發生著飛速的變化。近幾年,科學家們有哪些新發現呢?

  Part.1

  月球:“水冰月”實錘

  通過對月船1號搭載的月球礦物繪圖儀(簡稱M3)數據的分析,夏威夷大學的李帥團隊在月球南北緯70°以上的永久陰影區中確認發現了多處含有水冰的區域,這是科學家們首次在月球發現水冰存在的直接證據。這一成果發表於2018年8月20日的《美國科學院院刊》[1]。

月球南北極區含有水冰的位置(天藍色點),底圖的灰度代表表面溫度,顏色越深就越冷。(圖片來源:NASA [2])
月球南北極區含有水冰的位置(天藍色點),底圖的灰度代表表面溫度,顏色越深就越冷。(圖片來源:NASA [2])

  這一發現既證明了長久以來對月球極區永久陰影區中可能有水冰的猜測,也證實了月球並不像我們曾經認為的那樣是完全乾燥的。至此,月球終於加入了太陽系水冰大禮包,成為內太陽系中除了金星之外的最後一個確認發現水冰的大天體。

  Part.2

  火星

  1、地下冰層

  2018年1月12日,《科學》雜誌發表了美國地質調查局(USGS)Colin M。 Dundas團隊的發現。他們通過火星勘測軌道飛行器(MRO)的影像和光譜數據,首次在火星中緯地區發現了大量純淨的地下水冰[3]。這些地下水冰層不僅可以幫助我們追溯火星歷史上的氣候變化,也有望作為將來登陸火星的宇航員和火星移民的補給來源。

中緯的斷崖中暴露出的純淨水冰。   (圖片來源:[3])
中緯的斷崖中暴露出的純淨水冰。   (圖片來源:[3])

  2、複雜有機物

  2018年6月8日,《科學》雜誌發表了來自NASA哥達德空間飛行中心Jennifer L。 Eigenbrode團隊和NASA噴氣動力實驗室Christopher R。 Webster團隊的兩篇論文。前者通過好奇號的鑽孔采樣數據分析,首次在火星的古老泥岩中發現多種噻吩(C4H4S)類和其他芳香族、脂肪族等複雜有機物[4];後者通過好奇號火星車對跨度達3個火星年(約6個地球年)期間的火星甲烷含量的觀測,證實火星上的甲烷含量有季節性變化[5]。這兩大發現雖然還不足以證明火星上曾經或者現在有生物存在,但也都不能排除生物成因的可能性。

(左)好奇號首次發現噻吩等複雜有機物。改編自:NASA。   (右)好奇號探測到的甲烷季節性變化。改編自[5]
(左)好奇號首次發現噻吩等複雜有機物。改編自:NASA。   (右)好奇號探測到的甲烷季節性變化。改編自[5]

  3、冰下湖的發現

  2018年7月25日,《科學》雜誌發表了意大利天體物理研究所的羅伯特·奧羅塞團隊的最新結果。他們通過火星快車號探測器的MARSIS雷達數據,發現火星南極的冰蓋之下1.5公里深處很可能有液態鹽水湖,延伸範圍約有20公里[6]。

可能的液態水湖所在的區域(右圖藍色三角區域內)   (圖片來源:ESA和參考文獻[6])
可能的液態水湖所在的區域(右圖藍色三角區域內)   (圖片來源:ESA和參考文獻[6])

  越來越多的觀測結果告訴我們,火星、穀神星、木衛二、木衛三、土衛二、土衛六,甚至冥王星…它們的冰層之下很可能都有鹽水湖泊或海洋,太陽系並不是乾涸的沙漠,而是蘊藏著數不清的生命之源。

  Part.3

  木星:朱諾號的捷報

  2018年3月8日,《自然》雜誌一次發表了四篇論文,介紹了朱諾號前6個週期的探測結果。通過這些探測數據,我們對木星的重力場、內部結構、中低緯的條帶、南北極的氣旋都有了更為深入的瞭解[7-10]。

朱諾號近紅外波段數據揭示的木星南極區域的氣旋分佈。顏色越深表示溫度越低(雲越多)。(圖片來源:NASA)
朱諾號近紅外波段數據揭示的木星南極區域的氣旋分佈。顏色越深表示溫度越低(雲越多)。(圖片來源:NASA)

  轉眼,朱諾號順利工作了3年半,還在繼續為我們揭開更多關於遙遠、神秘而氣象磅礴的木星的秘密。

木星雲層之上,拍攝於2017年12月16日。   (圖片來源:NASA)
木星雲層之上,拍攝於2017年12月16日。   (圖片來源:NASA)

  Part.4

  來自遙遠星系的使者:

  “冰立方”探測到中微子

  2017年9月22日,“冰立方”團隊探測到了一次極高能中微子事件,在這顆中微子的來源方向上,剛好有一個正處在活躍狀態的“耀變體”(blazar),科學家們認為這就是本次觀測到的極高能中微子的源頭——這是人們首次確認中微子的銀河系外來源體。在此之前,人類只確認過兩個中微子源天體:太陽和超新星1987A。由於中微子是宇宙射線作用的產物之一,因此這也意味著這很可能是人們首次找到宇宙中高能射線的來源體。這一結果發表於2018年7月13日的《科學》雜誌[11]。

  中微子這種極輕極小的粒子極難被探測到,探測到本次中微子事件的裝置叫做“冰立方”(IceCube):在南極厚厚的冰層之下1450-2450米之間的不同深度處,安置了60個用於探測中微子產物信號的光學傳感器,構成了一個大約覆蓋一立方公里範圍的傳感器陣列。

南極冰下的探測裝置——冰立方。
南極冰下的探測裝置——冰立方。

  事實上,在冰立方團隊9月22日探測到中微子之後,是包括專門監測高能伽馬射線的費米衛星、美國的 “央斯基甚大陣” 射電望遠鏡、日本的 “昴星團”光學望遠鏡等多種觀測手段和儀器加入了進來,一同尋找和確認來源,才最終鎖定了這個耀變體。因此,這次中微子事件也標誌著多信使天文學新的里程碑。這一成果入選了《科學》雜誌的“2018年十大突破”榜單[12]。

  當然,這些其實只是近年來科學發現的冰山一角,而且,科學家們還在孜孜不倦地探索新的未知之謎。

  未來可期!

  來源:中國科普博覽

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