NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜在罕见的主带彗星中发现了水和一个新的谜团
NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜实现了另一项长期寻求的科学突破，这一次是太阳系科学家研究地球丰富的水的起源。利用韦伯的NIRSpec（近红外光谱仪）仪器，天文学家首次确认了主小行星带中一颗彗星周围的气体——特别是水蒸气，这表明来自原始太阳系的水冰可以在该区域保存下来。然而，水的成功探测带来了一个新的谜团：与其他彗星不同，彗星238P/Read没有可探测到的二氧化碳。
这幅光谱数据的图形展示突出了2022年NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜上的NIRSpec（近红外光谱仪）仪器对彗星238P/Read的观测和2010年NASA深度撞击任务对彗星103P/Hartley 2的观测之间的关键相似性和差异。两者都在与水相关的光谱区域中显示出一个明显的峰值。在彗星Read中发现这一点是韦伯的一项重大成就，因为它与Hartley 2等这样的木星家族彗星属于不同的类别，这标志着在这样一颗主带彗星上首次确认存在气体。然而，瑞德彗星并没有显示出预期的二氧化碳存在的特征。
影像来源：NASA, ESA, CSA, and J. Olmsted (STScI)
“据我们所知，我们这个充满水的世界充满了生命，在宇宙中独一无二，这是一个谜——我们不确定这些水是如何来到这里。”韦伯行星科学副项目科学家、该研究报告的合著者之一斯蒂芬妮·米拉姆说。“了解太阳系中水分布的历史将有助于我们了解其他行星系统，以及它们是否正在孕育一颗类地行星。”她补充说。
Read彗星是一颗主带彗星——一颗位于主小行星带的天体，但它会像彗星一样周期性地出现光环或彗发和彗尾。主带彗星本身是一个相当新的分类，Read彗星是用于建立这一分类的最初三颗彗星之一。在此之前，彗星被认为位于海王星轨道之外的柯伊伯带和奥尔特云中，在那里它们的冰可以被保存在离太阳更远的地方。冷冻物质在接近太阳时蒸发，这是彗星独特的彗发和流动的彗尾的原因，将它们与小行星区分开来。科学家们长期以来一直猜测，水冰可能保存在木星轨道内较温暖的小行星带中，但确切的证据难以找到——直到韦伯的观测。
这幅艺术家的238P/Read彗星概念图展示了主带彗星的升华——当它的轨道接近太阳时，它的水冰正在蒸发。这很重要，因为升华是彗星与小行星的区别，创造了它们独特的彗尾和朦胧的光环，或彗发。詹姆斯·韦伯太空望远镜在彗星Read探测到的水蒸气是研究主带彗星的一个主要基准，也是对地球丰富的水的起源进行更广泛调查的一个主要基准。
影像来源：NASA, ESA
马里兰大学的天文学家、该研究的主要作者迈克尔·凯利解释说：“过去，我们在主带看到了具有彗星所有特征的天体，但只有通过韦伯望远镜提供的精确光谱数据，我们才能说，这肯定是水冰造成的影响。”
凯利说：“通过韦伯对Read彗星的观测，我们现在可以证明早期太阳系的水冰可以保存在小行星带中。”
丢失的二氧化碳是一个更大的惊喜。通常情况下，二氧化碳占彗星挥发性物质的10%左右，这些物质很容易被太阳的热量蒸发。科学团队对二氧化碳的缺乏提出了两种可能的解释。一种可能性是，Read彗星在形成时含有二氧化碳，但由于温度升高而失去了二氧化碳。
凯利说：“长时间呆在小行星带可以做到这一点——二氧化碳比水冰更容易蒸发，并可能在数十亿年内渗出。”或者，他说，Read彗星可能是在太阳系一个特别温暖的地方形成，那里没有二氧化碳。
这张238P/Read彗星的图像是由NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜上的NIRSpec（近红外光谱仪）仪器于2022年9月8日拍摄。它展示了被称为彗发的朦胧光晕和彗尾，这是彗星而不是小行星的特征。尘埃弥漫的彗发和彗尾是太阳加热彗星主体时冰蒸发的结果。
影像来源：NASA, ESA, CSA, M. Kelley (University of Maryland). 影像处理：H. Hsieh (Planetary Science Institute), A. Pagan (STScI)
天文大学研究协会（AURA）的天文学家海蒂·哈梅尔是韦伯太阳系天体保证时间观测的负责人，也是该研究的合著者，她说，下一步是将研究扩展到Read彗星之外，看看其他主带彗星的比较情况。哈梅尔说：“小行星带中的这些天体又小又暗，有了韦布，我们终于可以看到它们发生了什么，并得出一些结论。其他主带彗星也缺乏二氧化碳吗？不管怎样，发现它们都会很令人兴奋。”。
研究报告的合著者米拉姆设想了将这项研究带到离地球更近的地方的可能性。“现在韦伯已经证实了在小行星带附近有水存在，那么通过样本收集任务来跟进这一发现，并了解主带彗星还能告诉我们什么，将是一件很有趣的事情。”
这项研究发表在《自然》杂志上。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学观测站。韦伯将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是由NASA及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一个国际项目。
参考来源：