其中四个颗粒含有的矿物质必须通过与液态水的相互作用形成。令人惊讶的是,柯伊伯带一真被认为太冷,水不能变成液体。

开普勒号太空船发射于 2009 年 3
月份,围绕太阳轨道运行,同时扫描整个天空,以搜寻可能存在生命的系外行星。这些行星都是类似地球的岩石行星,体积与地球相当,与其所旋转的恒星距离适当,行星表面可能存在液态水。到目前为止,开普勒号已经发现
4696 个“可疑目标”,其中 2330 颗行星已被证明能够满足上诉要求。

亚利桑那州立大学两名宇宙化学家首次测量出小行星Itokawa表面样本中所含的水。这些样本来自Itokawa小行星,由日本太空探测器隼鸟号收集。研究小组的发现表明,在地球历史早期,类似的小行星撞击地球,可能产生了地球一半的海水。亚利桑那州立大学地球和空间探索学院的博士后学者,5月1日发表在《科学进展》上的论文第一作者金紫良说:我们发现与太阳系内部物体的平均含量相比,检测样本含水更丰富。合着者助理教授迈特蕾伊?博斯(Maitrayee
Bose)说:

凯勒说:“许多这些粒子,如果它们实际上来自柯伊伯带,那么研究结果就告诉我们,柯伊伯带物体中的一些矿物是在液态水的存在下形成的。”他说,水可能来自柯伊伯带天体之间的碰撞,它们产生的热量足以融化冰。

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DOI: 10.1126/sciadv.aav8106

找到尘埃颗粒的来源的一种方法是探测微粒上太阳耀斑产生留下的重带电粒子的微小的痕迹。在美国休斯顿约翰逊航天中心工作的凯勒说,一颗尘埃颗粒上的痕迹越多,它在太空中漫游的时间就越长,而且它越有可能来自于远离地球的地方。

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虽然样本是在表面采集的,但我们不知道这些颗粒在原始母体中的位置。但我们最好的猜测是,曾被埋在100多米深的地方。尽管母体发生了灾难性的解体,样本颗粒暴露在表面的微陨石的辐射和撞击下,但矿物质仍然显示出水没有流失到太空的证据,此外这些矿物的氢同位素组成与地球没有什么区别。这意味着s型小行星和普通球粒陨石的母体可能是类地行星重要水源和其他一些元素。之所以能这么说,只是因为对返回的小行星再生岩样本(它们表面的灰尘和岩石)进行了原位同位素测量,这使得这些小行星成为勘探的优先目标。

太阳系边缘的沙尘颗粒可能快要找到通向地球的路了。研究人员报告说,美国宇航局可能已经拥有少量的太空沙尘颗粒碎片。

俄罗斯可能是首个将人类送入太空的国家,但美国宇航局却是首个将人类送上月球的机构。1969
年 7 月 20 日,人类的足迹首次印在地球以外的天体上。

Itokawa是一颗花生形状的小行星,大约1800英尺长,700到1000英尺宽。它每18个月绕太阳一周,平均距离是地球到太阳距离的1.3倍。Itokawa的部分路径将其带入地球轨道,最远的时候,它会扫过火星的轨道。根据Itokawa在地球望远镜中的光谱,行星科学家将其归为S类。这将其与石质陨石联系在一起,石质陨石被认为是s型小行星在碰撞中破碎的碎片。s型小行星是小行星带中最常见的天体之一,它们最初形成于距离太阳三分之一到三倍地球距离的地方。尽管这些小行星很小,但保留了构成它们的水和其他挥发性物质。

但美国宇航局行星科学家林赛·凯勒3月21日在月球和行星科学会议上说,一些粒子可能来自柯伊伯带,这是一个在海王星外绕轨道运行的由冰冷物体组成的遥远区域。研究这些粒子可以揭示柯伊伯带中遥远而神秘的物体是由什么构成的,也许还可以揭示它们是如何形成的。

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博斯正如ASU建立一个清洁实验室设施,该设施将与NanoSIMS(部分由美国国家科学基金会资助)一起,成为公立大学中第一个能够分析太阳系其他天体尘埃颗粒的此类设施。日本的另一项任务“隼鸟2号”目前正在一颗名为“琉球”的小行星上,它将在那里收集样本,并于2020年12月带回地球。亚利桑那州立大学陨石研究中心主任米纳克什·瓦德瓦(Meenakshi
Wadhwa)教授是“隼鸟2号”任务化学初步分析小组的成员。ASU也参与了美国宇航局的奥西里斯-雷克斯样本返回任务,该任务围绕着一颗名为Bennu的近地小行星运行。在其他仪器中,这艘飞船携带着奥西里斯-雷克斯热发射光谱仪:

凯勒说:“我们不会马上开启一项任务去寻找柯伊伯带上的物体,以收集尘埃样本。但是我们在美国宇航局的平流层尘埃收集任务中获得过这些东西的样本。”

朱诺号探测器

在结构上,Itokawa就像一对被压在一起的碎石桩。它有两个主裂片,每个裂片上布满了卵石,但总体密度不同,而裂片之间的区域较窄。Jin和Bose指出,今天的Itokawa是一具母体残骸,至少有12英里宽,曾经一度被加热到1000到1500华氏度。由于撞击,母体遭受了几次巨大的冲击,最后一次毁灭性的事件使其解体。之后两块碎片合并形成了今天的Itokawa,它在大约800万年前达到了现在的大小和形状。分析的粒子来自Itokawa的一个叫做缪斯海的地方,这是小行星上一个光滑、布满灰尘的区域。

研究人员计算出来自柯伊伯带的颗粒漫游1000万年到达地球平流层。凯勒说:“这是我们收集柯伊伯带尘埃的确凿证据。”

哈勃太空望远镜是美国宇航局、欧洲航天局以及太空望远镜科学协会联合推出的项目,自从
1990
年被发射到低地轨道上以来,为我们提供了大量广袤宇宙的壮观图片。包括这张五彩星团
Westerlund 2,这是 2015 年为庆祝哈勃望远镜升空 25 岁生日发布的。

博科园-科学科普|研究/来自: 亚利桑那州立大学

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支离破碎的世界

但是,为了精确地确定一颗尘埃颗粒在太空中所花费的时间,凯勒首先需要知道一颗尘埃颗粒每年通常会收集多少太空痕迹。测量这个需要一个已知时长和运行轨道密度的样本,只有阿波罗任务中带回的月球岩石才能满足这一标准。但他们上一次被估算航迹率是在1975年,当时使用的仪器比现在更不精确。

哈勃太空望远镜

由亚利桑那州立大学摄政学院的菲利普·克里斯坦森教授设计并在该校建造。奥西里斯霸王龙计划于2020年夏天从本奴收集样本,并于2023年9月带回地球。对于正在描绘太阳系形成过程的行星科学家和宇宙化学家来说,小行星是一个巨大资源。作为行星系统的剩余组成部分,它们在保存太阳系早期的物质的同时,彼此之间存在着巨大的差异,如果我们真的想对行星物体进行深入研究,采样返回任务是必须的。隼鸟号前往Itokawa的任务扩大了我们对帮助形成地球那些天体挥发性物质的了解。如果围绕其他恒星岩石系外行星也存在类似的产水机制,也就不足为奇了。

这意味着尘埃碎片要比天文学家想象的更长时间才能找到轨道。当凯勒和弗林计算了14个大气尘埃粒子的轨道数时,他们发现其中一些粒子一定在太空中度过了数百万年。它们经过的岁月太久了,不可能仅仅来自火星和木星之间。

旅行者号探测器

Ziliang Jin和Maitrayee Bose将Itokawa样品装入ASU的NanoSIMS
50L仪器的高真空室。图片:M. Bose

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火星探测器

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