小行星谷神星曾经是一个海洋世界，后来逐渐形成为一个巨大的、浑浊的冰球

Josiah02

自从 1801 年朱塞佩·皮亚齐首次发现我们太阳系中第一颗也是最大的小行星以来，天文学家和行星科学家一直在思考这颗小行星/矮行星的构成。它严重破损和凹陷的表面布满了撞击坑。科学家们长期以来一直认为，表面上可见的陨石坑意味着谷神星不可能非常冰冷。
普渡大学和美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 的研究人员现在认为，谷神星是一个非常冰冷的天体，可能曾经是一个泥泞的海洋世界。谷神星有一个肮脏冰壳的这一发现是由博士生 Ian Pamerleau 和普渡大学地球、大气和行星科学系助理教授 Mike Sori 领导的，他们在《自然天文学》上发表了他们的研究成果。两人与 JPL 的研究科学家 Jennifer Scully 一起，使用计算机模拟了谷神星陨石坑在数十亿年内如何变形。
“我们认为谷神星表面附近有大量水冰，随着深度越来越深，水冰会逐渐减少，”索里说。“人们过去认为，如果谷神星冰层非常厚，陨石坑会随着时间的推移迅速变形，就像地球上流动的冰川，或者像流动的粘稠蜂蜜。然而，我们通过模拟表明，如果混入少量固体岩石，谷神星的冰层强度可能比之前预测的要高得多。”
该团队的发现与之前认为谷神星相对干燥的观点相矛盾。普遍的假设是谷神星表面的冰含量不到 30%，但索里的团队现在认为谷神星表面的冰含量更可能是 90%。
“我们对这一切的解释是，谷神星曾经是一个像木卫二（木星的卫星之一）一样的‘海洋世界’，但海洋很脏，很泥泞，”索里说。“随着时间的推移，泥泞的海洋结冰，形成了一层冰壳，里面还夹杂着少量岩石物质。”
帕默洛解释了他们如何使用计算机模拟来建模谷神星上陨石坑数十亿年来的松弛过程。
“即使是固体也会在很长一段时间内流动，而冰比岩石更容易流动。陨石坑有深碗，会产生高应力，然后松弛到较低的应力状态，通过固态流动形成较浅的碗，”他说。“因此，美国宇航局的“黎明”号任务得出的结论是，由于缺乏松弛的浅陨石坑，地壳不可能那么冰冷。我们的计算机模拟解释了一种新的方式，即冰可以流动，只有少量的非冰杂质混入其中，这将使富含冰的地壳即使在数十亿年内也几乎不会流动。因此，我们可以得到一个富含冰的谷神星，它仍然符合观察到的陨石坑松弛的缺乏。我们在这些模拟中测试了不同的地壳结构，发现地表附近冰含量高的渐变地壳，随着深度的增加，冰含量逐渐降低，这是限制谷神星陨石坑松弛的最佳方式。”
Sori 是一位行星科学家，其研究重点是行星地球物理学。他的团队致力于解决有关行星内部、行星内部与表面之间联系的问题，这些问题可能会通过航天器任务得到解决。他的工作涉及太阳系中的许多固体物体，从月球和火星到外太阳系的冰冻物体。
“谷神星是小行星带中最大的天体，也是一颗矮行星。我认为有时人们会把小块状物体视为小行星（大多数都是！），但谷神星看起来更像一颗行星，”索里说。“它是一个大球体，直径约 950 公里，表面有陨石坑、火山和山体滑坡等特征。”
2007 年 9 月 27 日，NASA 发射了“黎明”号任务。该任务是第一艘也是唯一一艘绕行两个地外目的地（原行星灶神星和谷神星）的航天器。尽管“黎明”号于 2007 年发射，但它直到 2015 年才抵达谷神星。它一直绕行这颗矮行星直到 2018 年。
“我们利用黎明号的多次观测数据作为动机，寻找谷神星上一个富含冰的地壳，阻止陨石坑松弛。不同的表面特征（例如坑、穹顶和山体滑坡等）表明谷神星近地表含有大量冰，”帕默洛说。“光谱数据还表明，矮行星的风化层下面应该有冰，重力数据得出的密度值非常接近冰，特别是不纯冰。我们还对谷神星上一个实际复杂的陨石坑进行了地形剖面分析，并用它来构建一些模拟的几何图形。”
索里说，由于谷神星是最大的小行星，因此根据从地球对其质量的一些估计，人们怀疑它可能是任何冰状物体。这些因素使其成为航天器访问的绝佳选择。
“对我来说，如果我们是对的，那么令人兴奋的部分是，我们在地球附近发现了一个冰冻的海洋世界。谷神星可能是外太阳系海洋冰卫星（如木星的卫星木卫二和土星的卫星土卫二）的一个有价值的比较点，”索里说。“我们认为，谷神星是宇宙中最容易接近的冰世界。这使它成为未来航天器任务的绝佳目标。我们在谷神星表面看到的一些明亮特征是谷神星泥泞海洋的残余，现在大部分或全部冻结，喷发到表面。因此，我们有一个地方可以收集古老海洋世界的海洋样本，而向那里发射航天器并不太困难。”