小行星谷神星年轻冷阱的历史

谷神星是太阳系中最大的小行星，它隐藏着一个黑暗的秘密：在其两极附近永久阴影的陨石坑中沉积着极其年轻的冰。如果这听起来有点熟悉，那是因为我们的月球和水星也有这样的极地冰沉积物，人们已经研究了几十年。

“谷神星的故事始于2016年，当时围绕谷神星运行的黎明号宇宙飞船瞥见了这些永久黑暗的陨石坑，并在其中一些陨石坑中看到了明亮的冰沉积物，”《谷神星历史》一书的主要作者诺伯特·肖尔霍夫(NorbertSchorghofer)说。基于精细形状模型的谷神星冷阱”，发表在《行星科学杂志》上。PSI科学家RobertGaskell和JohnWeirich以及NASA戈达德太空飞行中心科学家ErwanMazarico是该论文的共同作者。

Schorghofer说：“2016年的发现提出了一个谜：谷神星极地地区的许多陨石坑全年都处于阴影状态，在谷神星上这种情况持续4.6个地球年，因此仍然寒冷，但其中只有少数陨石坑含有冰沉积物。”。“很快，另一项发现提供了原因的线索：由于太阳和木星的潮汐，谷神星的自转轴每24,000年来回摆动一次。当轴倾斜度很高且季节强烈时，只有少数陨石坑全年保持阴影。，这些是含有明亮冰沉积物的陨石坑。”

为了确定数千年前陨石坑内部的阴影有多大，科学家们构建了数字高程图，然后用它们进行光线追踪计算，从理论上重建了投射在陨石坑地板上的阴影。结果的可靠性取决于其所基于的数字形状模型。请记住，这些陨石坑的底部始终处于阴影中，因此测量它们的深度并不容易。

黎明号航天器有一个非常灵敏的相机，可以辨别阴影坑底的特征。阳光照射区域的立体图像通常用于构建阳光照射区域的数字高程图，但制作阴影地形的高程图是一项很少有人接受的挑战。作为这项新研究的一部分，PSI科学家RobertGaskell开发了一种新技术，即使在立体图像对的阴影部分也能重建高度。然后，这些改进的高程图可用于光线追踪，以预测寒冷、永久阴影区域的范围。

这些更精确的地图得出了令人惊讶的结果：当谷神星达到其最大轴倾斜度时(最后一次发生在大约14,000年前)，谷神星上没有任何陨石坑常年处于阴影状态，其中的任何冰肯定已经迅速升华到太空中。

“这就只剩下一个合理的解释：冰沉积物一定是在比这更晚的时候形成的。结果表明，所有这些冰沉积物一定是在过去6000年或更短的时间内积累起来的。考虑到谷神星的年龄远远超过40亿年，是一个非常年轻的年龄，”Schorghofer说。

“谷神星是一个富含冰的天体，但几乎没有任何冰暴露在表面。前面提到的极地陨石坑和极地之外的一些小块是唯一的冰暴露区域。然而，冰在浅层深处无处不在——如PSI科学家TomPrettyman和他的团队早在2017年就发现了这种现象，因此即使是小型的干撞击器也可以蒸发一些冰，”Schorghofer说。

“大约6000年前，一颗小行星的碎片可能与谷神星相撞，从而产生了暂时的水大气层。一旦形成水大气层，冰就会在寒冷的极地陨石坑中凝结，形成我们今天仍然看到的明亮沉积物。，冰沉积物可能是由富含冰的物质雪崩形成的，这些冰只能在寒冷的阴影陨石坑中生存，无论如何，这些事件在天文时间尺度上都是最近发生的。”

该研究还探讨了除水冰之外的其他类型的冰可能被困在谷神星上这些不寻常的陨石坑中的可能性。在我们的月球上，极地陨石坑的部分区域非常寒冷，甚至CO2冰和一些其他化学物质也可以在其中持续数十亿年。谷神星距离太阳较远，因此其极地陨石坑预计比月球的陨石坑还要冷。

肖尔霍夫计算了谷神星极地陨石坑内的温度，这是以前从未做过的事情。答案令人惊讶：虽然这些陨石坑足够冷，可以保留水冰，但它们太温暖，无法保留其他常见类型的冰。

有两种情况促成了这一点。首先，谷神星的轴倾斜度目前为4度，高于月球1.5度的倾斜度，因此更多的陨石坑边缘受到阳光照射，更多的光线被散射到陨石坑底部。其次，谷神星在北极附近根本没有常年被阴影笼罩的陨石坑，这与月球不同，月球的一个陨石坑几乎正好位于南极。由于这些原因，谷神星上的温度并不像月球表面部分地区那么低。

该研究描述了使用阴影陨石坑立体图像重建地形的新方法，提供了谷神星整个北极地区常年阴影区域的新地图，确定了具有明亮冰沉积的极地陨石坑内常年阴影区域的范围，以及估计这些陨石坑内部的温度。

肖尔霍夫说：“无论这些冰沉积物的历史如何，它都是由比人类文明不远的事件造成的。”