火星探測器“鳳凰”號曾在火星找到水的蹤跡

對人類而言，小行星有著一種神秘的魅力。

近日，中科院紫金山天文臺研究員季江徽課題組與其合作者，就發(fā)現(xiàn)R型主帶小行星(349)Dembowska可能存在水冰。存在水冰可能，這意味著什么?如何才能推斷小行星是否存在水冰?

解開地球之謎的重要鑰匙

迄今為止，人類發(fā)射的行星探測器，為人們描繪出一張?zhí)栂档乃植紙D。

木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二是一個冰冷的世界，天文學(xué)家認為它表面覆蓋著水冰，地表下可能存在液態(tài)海洋。土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二表面存在間歇泉，有大量水蒸氣從冰火山里面噴出。

“火星探測器‘鳳凰’號發(fā)現(xiàn)，火星地下有冰。盡管這些水并不能滿足我們的生活需要，卻揭示了行星以及衛(wèi)星的演化歷史，并時刻提醒我們在地球之外存在生命的可能性。”季江徽對科技日報記者說。

季江徽進一步解釋，水是非常珍貴的資源。假如小行星上有水，那么就意味著未來可以獲取這些太空資源，進而在探索太陽系的過程中加以利用。

同時，人們對地球上水的起源問題也有頗多疑問。科學(xué)家曾經(jīng)認為，地球上的一部分水來自于太陽系外的彗星。但是今天，這一觀點已受到質(zhì)疑。對小行星水冰的研究或許是解開這個疑問的途徑之一。

近幾年，美國國家航空航天局在火星探測領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，火星大出風(fēng)頭，尤其是在獲得與水有關(guān)的探測進展時。這給人一種感覺，似乎在太陽系乃至整個宇宙，水都是非常罕見的東西。

“事實上，在整個太陽系，水是常見的物質(zhì)，尤其在太陽系外圍的天體中，水大面積存在著。而太陽系里的天體中，除了土星和木星的衛(wèi)星以外，還有很多的水分布在小行星上。”季江徽說，小行星帶天體、木星的幾個衛(wèi)星、土星環(huán)及土星的衛(wèi)星甚至更遙遠的柯伊伯帶天體等都擁有大量的水冰，如果將這些水平均分配到圍繞太陽公轉(zhuǎn)的天體上，那整個太陽系的含水量并不低。

表面物理特征也是有效線索

科學(xué)家可以通過天文觀測或空間探測發(fā)現(xiàn)小行星存在水冰的直接證據(jù)。除此之外，還有哪些方法可以探測水冰?

“還可以通過研究小行星表面的基本物理特征來了解。”季江徽說。

比如(349)Dembowska小行星，它是一顆R型主帶小行星，直徑約為156千米。

“它很亮，自轉(zhuǎn)周期為4.7小時，自轉(zhuǎn)軸與軌道面的夾角很小;它的近紅外反射光譜與灶神星的光譜十分相似，所以可能發(fā)生過熔融分異的歷史;它的軌道靠近太陽系‘雪線’，水在那里開始凝固，因而可能存在水冰。”季江徽說。

但是，至今為止，人們對于這顆小行星的基本物理信息仍不是很確定。因此該小行星備受國際上天文研究機構(gòu)的關(guān)注。

紫金山天文臺行星科學(xué)團隊建立了小行星熱物理模型，從小行星熱物理特征分析其含水情況。

在前期工作中，季江徽課題組研究了近地小行星(101955)Bennu。美國小行星采樣返回探測任務(wù)OSIRIS-REx將在2018年造訪該小行星，并在2023年采集小行星樣本返回地球。季江徽的工作表明，這顆小行星表面可能大部分區(qū)域被土壤所覆蓋。這一結(jié)果很大程度上支持了OSIRIS-REx任務(wù)采樣機制的可行性。

在對小行星Dembowska的研究中，季江徽課題組基于國際空間紅外衛(wèi)星的探測數(shù)據(jù)及地基Subaru望遠鏡的實測熱紅外數(shù)據(jù)，獲得Dembowska表面熱慣量、粗糙度、反照率等基本熱物理信息，模擬了Dembowska在任意軌道時刻的表面及次表面溫度環(huán)境。

研究人員發(fā)現(xiàn)，Dembowska表面南北兩極溫度變化較大，并呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。赤道溫度變化較小，且有較長時間溫度較高，表面不太可能保存水冰。而在Dembowska南北次表層30至50厘米以下，溫度可保持在較低水平，水冰可以穩(wěn)定地存在。

在未來的研究工作中，季江徽課題組還將繼續(xù)揭示其它小行星蘊含水冰的可能。