矮行星上的水分

科学家使用赫歇尔空间天文台第一次在小行星带最大最圆的天体——谷神星上确切探测到了水蒸汽。

据信当谷神星冰封的地表局部略微升温后，水蒸汽组成的羽状结构会定期从其上射出。谷神星被归为矮行星之列，这类太阳系天体比小行星大，又比行星小。

赫歇尔是欧洲空间局（ESA）的计划，NASA为其作出了重要贡献。

如这张艺术概念图所示，矮行星谷神星位于火星和木星之间的小行星主带内。大图与说明文字请点击（图片提供：ESA/ATG medialab）

来自西班牙ESA的迈克尔·屈珀斯（Michael Küppers）说：“这是第一次在谷神星以及小行星带任何天体上确切探测到了水蒸汽，它证明谷神星有着冰封的外表以及大气层。”屈珀斯是相关论文的第一作者，文章刊登在《自然》杂志上。

对于NASA的黎明号探测器来说，这一结果得出的正是时候。在花费了一年多时间环绕大型小行星灶神星运行之后，黎明号正在前往谷神星的路上。按计划黎明号将于2015年春天抵达谷神星，那时它可以拍摄谷神星地表的空前近景。

来自加州帕萨迪那（Pasadena）NASA喷气推进实验室的黎明号副首席研究员卡罗尔·雷蒙德（Carol Raymond）说：“我们有一架正在前往谷神星的探测器，因此不久之后我们就会得到有关这一迷人结果的更多背景信息，因为这一结果正是关于谷神星的。黎明号将以高分辨率测绘其地表的地理和化学情况，揭示出驱动排气活动的过程。”

上图展示了在谷神星上探测到的水分吸收信号强度的变化。大图与说明文字请点击（图片来源：Küppers et al.）

在过去的一个世纪里，人们都认为谷神星是我们太阳系中最大的小行星。但是在2006年，负责管理小天体命名的国际天文学联合会出于尺度的考虑将谷神星归为矮行星之列。它的直径大约是590英里（950公里）。当1801年它第一次被人发现时，天文学家认为它是一颗位于火星和木星之间的行星。随后人们又发现了其他类似的天体，这带来了太阳系小行星主带的发现。

科学家相信，谷神星内部有着岩石核，其外覆盖着厚厚的冰幔，如果将冰幔全部融化，其淡水的总量将超过地球。组成谷神星的物质可能要追溯到太阳系形成之后的最初几百万年，在行星形成之前即已积累完毕。

直到现在，谷神星拥有冰还只是一个理论，而没有确定性的探测。最终赫歇尔用远红外观测能量看到了来自水蒸汽的清晰光谱信号。但是赫歇尔并非每次观测都能看到水蒸汽。这架望远镜4次搜寻水蒸汽，有一次没能找到信号。

科学家认为情况是这样的：当谷神星在轨道上较靠近太阳的区域时，冰封地表的一部分会升温，让水蒸汽以最高每秒6千克（13磅）的速率作为羽状喷射物逃逸而出。当谷神星处在轨道上较冷的区域时，就不会有水分逃逸了。

由于水蒸汽羽状喷流随星体自转会转入或转出赫歇尔的视场，信号的强度每小时、每周以及每月也都存在变化。这让科学家可以确定出，水源位于谷神星地表两个较暗的斑块上，NASA的哈勃空间望远镜以及其他地面望远镜先前观测到了这两个地方。由于暗色物质比浅色物质升温更快，暗斑更可能喷出气体。当黎明号抵达谷神星时，它可以探索这些区域。

这一结果有些出乎意料，原因是人们知道小行星的冰雪弟兄——彗星通常会喷出喷流以及羽状结构，而小行星带中的天体是不会这样的。

来自JPL的Seungwon Lee联合同样来自JPL的保罗·冯·阿尔芒（Paul von Allmen）帮助建立了水蒸汽模型。他说：“彗星和小行星之间的界限愈发模糊了。之前我们知道有表现出类似彗星活动的主带小行星，不过这是第一次在小行星一样的天体上探测到水蒸汽。”

这项研究是赫歇尔望远镜测量11颗小行星与彗星（MACH-11）计划的一部分，该计划使用赫歇尔观测尚未被探测器造访的小天体，这其中包括NASA先前的深度撞击探测器以及未来的源光谱解释资源安全浮土层辨认探测器（OSIRIS-Rex）的目标。来自欧空局的劳伦斯·奥鲁克（Laurence O' Rourke）是MACH-11计划的首席研究员。

赫歇尔望远镜是欧洲空间局的基础项目，携带有欧洲研究机构团体提供的科研仪器，NASA对其作出了重要贡献。虽然在2013年4月如期耗尽冷却剂之后望远镜已经停止了科学观测，科学家仍在继续分析它的数据。NASA的赫歇尔计划办公室设在JPL。JPL为赫歇尔3台科学仪器中的两台提供了任务适应性技术。NASA的赫歇尔科学中心是帕萨迪那加州理工学院红外处理分析中心的一部分，它为美国的天文界提供支持。

黎明号探测器由JPL为华盛顿的NASA科学任务理事会管理。黎明号是阿拉巴马州亨茨维尔（Huntsville）NASA马歇尔太空飞行中心为理事会管理的发现（Discovery）计划的一部分。加州大学洛杉矶分校负责黎明探测器的全局科研。弗吉尼亚州杜勒斯（Dulles）的轨道科学公司（Orbital Sciences Corp）设计并建造了探测器。德国航空航天中心、马普太阳系研究所、意大利空间局以及意大利国家天体物理研究所是该计划小组的国际合作伙伴。加州理工学院为NASA管理着JPL。

2004年11月发射的雨燕卫星由戈达德中心管理。戈达德中心与宾夕法尼亚州大学园区（University Park）的宾州州立大学、新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室以及弗吉尼亚州杜勒斯（Dulles）的轨道科学公司联合负责卫星的操控。国际合作者来自英国与意大利，另外来自德国和日本的其他合作者也作出了贡献。

更多关于赫歇尔的信息请访问http://www.esa.int/SPECIALS/herschel。更多关于NASA参与赫歇尔计划的信息请访问http://www.nasa.gov/herschel。更多关于黎明号的信息请访问http://www.nasa.gov/dawn。