奇怪的矮行星谷神星可能已经在太阳系的冰边缘形成

By Paul Sutter 

2022/3/19

Science & Astronomy

矮行星谷神星位于小行星带，但看起不像它的邻居。在一篇新论文中，科学家们提出一个这个难题的解释。

假彩色图像突显矮行星谷神星表面上的不同物质。 (Image credit: NASA/JPL-CalTech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

保罗·M·萨特（Paul M. Sutter）是纽约州立大学石溪分校（SUNY Stony Brook）和弗拉提顿研究所（Flatiron Institute）的天体物理学家，是《问太空人》（Ask a Spaceman）和《太空电台》（Space Radio）的主持人，也是《如何在太空中死去》（How to Die in Space）一书的作者。萨特将本文贡献给了空间网站的专家之声：编辑意见和洞察

谷神星是小行星带中最统治的成员，看起来不像其他小行星。最值得注意的是，它的表面有许多的氨，这其他小行星往往缺乏。唯一获得大量氨的地方是在太阳系形成的早期在太阳系的外围区域。

在一篇新论文中，研究人员提出一种可能的为什么谷神星与其邻居如此不同：也许这颗矮行星始于土星以外一个轨道的解释，，并且在一个外行星的大规模重新穿梭期间，它被植入小行星带，在那里它直呆到今天。

一件谷神星事

    半径为296英里（476公里），谷神星是迄今为止主小行星带中最大的天体，主小行星是火星和木星轨道之间的松散岩石集合。绝大多数小行星都比谷神星远更小。事实上，谷神星本身就占整个带的质量的三分之一以上。

谷神星是诡异的。

美国宇航局的黎明号宇宙飞船在谷神星周围的轨道中花了几年时间，映射并研究了它的表面。该使命发现了表面是一个与水结合的水冰矿物质的混合物如粘土和碳酸盐。在那之下是一个富含水冰的地幔围绕着一个主要的由固体岩石的核。

谷神星有一个相对较低的密度（每立方厘米2.2克）和一个相当低的反照率，这意味着它不是很反射光。这使得谷神星与最常见的小行星C型或碳质球粒陨石小行星非常相似。真的，谷神星在主小行星带内的位置把它放在靠近其他C型小行星。

但大多数C型小行星没有那么多的水没有那么多的粘土。谷神星的表面也含有大量的氨，这是几乎所有其他小行星所缺乏的。氨在内太阳系中并不常见，在太阳系形成的早期，太阳的强烈热将氨蒸发。相反，氨仅在"冰线"之外存活，"冰线"是从太阳到氨等挥发性元素可以存活地方的距离。

真的，谷神星真的看起来、闻起来或表现都不像一颗小行星。相反，这颗矮行星与太阳系中最遥远的天体------柯伊伯带的成员如冥王星、查伦和阋神星------有更多的共同点。

科学家们已经为每种奇怪的特征提出了解释。也许谷神星在小行星带内形成，以一种真的诡异的方式，允许它来保持大量的水。也许它是在没有破坏主带的其余部分的情况下形成的。也许在数十亿年的时间里，大量的氨从外太阳系流入并发现它自己在矮行星的表面（而不是其他小行星）上。

或者也许，新论文的作者提出，谷神星出生在巨行星轨道之外并很久以前就被送入小行星带。

冰和也是冰的歌

早期的太阳系是一个混沌的地方。数以千计的称为行星体的小天体为争夺主导拥挤和战斗，聚集成行星只是再次被粉碎。按照发布到预印本数据库arXiv的新论文，在这些众多中是大量一群坐在巨型行星之外的。早期太阳系最常见的模型称为尼斯模型（以法国举行的太阳系形成会议的城市命名），指出太阳系的巨型行星形成比它们现在的位置更接近太阳更接近彼此。

PLAY SOUND

当这些行星开始迁移到它们的现代位置时，它震动了很多。柯伊伯带的大量天体被打乱，它们的轨道被巨型世界的运动扰乱。其中一些被完全从太阳系中甩出。有些相互碰撞并被湮没。有些被俘虏了，比如海王星的卫星海卫一。

也许其他的进入了内太阳系。

家园绑定的

但即使谷神星型的世界使它进入了小行星带，从那里开始也不是一帆风顺的。天文学家已经知道，外部系统的扰动影响了甚至小行星，造成该带失去高达80%的天体。因此，对于像谷神星这样的东西来说，终结在小行星带并持续到今天是一个严峻的挑战。

需要更多的类似天体。研究人员估计，如果在早期太阳系的土星轨道之外存在至少3500个谷神星大小的天体，其中至少有一个会进入小行星带并呆在那里。这些估计是基于计算机跟踪了在外行星迁移的破坏性阶段行星轨道的演变的仿真。成千的谷神星大小的天体听起来很多，但实际上它完全在其他模型为外部系统群建议的范围内。