最近的研究表明，柯伊伯带上的天体，如Arrokoth，保存了古代冰的形成，挑战了现有的理论，并提出了彗星行为的“休眠冰弹”模型。这张照片是由美国宇航局的新视野号宇宙飞船于2019年1月1日飞越柯伊伯带天体2014 MU69时拍摄的。来源:NASA/约翰霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所
最近一项探索彗星发展的研究表明，深空中的物体，如柯伊伯带天体486958 Arrokoth，可能充当了时间胶囊的角色，保存了数十亿年前的古老冰。
一项新的研究动摇了科学家们对太阳系深处遥远物体的认识，这项研究从一个名为“太空雪人”的物体开始。
来自布朗大学和SETI研究所的研究人员发现，这个双叶物体，正式命名为柯伊伯带物体486958 Arrokoth，看起来像一个雪人，可能在数十亿年前物体刚形成时就储存着古老的冰。但这只是他们发现的开始。
利用他们开发的一种新模型来研究彗星是如何进化的，研究人员认为，这种坚持不懈的壮举并不是Arrokoth所独有的，而是来自柯伊伯带的许多物体——它位于太阳系的最外层区域，可以追溯到大约46亿年前太阳系的早期形成——也可能含有它们形成时使用的古老冰。
“在我们的工作中，我们用一个相当简单的数学模型表明，你可以把这些原始的冰锁在这些物体的内部深处很长时间，”布朗大学的行星科学家、该论文的合著者之一萨姆·伯奇(Sam Birch)说。“我们社区的大多数人都认为这些冰应该早就消失了，但我们现在认为情况可能并非如此。”
伯奇在《伊卡洛斯》杂志上描述了这项工作，他的合著者奥坎·乌姆罕是SETI研究所的高级研究科学家。
稀土元素热演化评价连模型
到目前为止，科学家们很难弄清楚这些太空岩石上的冰随着时间的推移会发生什么。这项研究挑战了广泛使用的热进化模型，这些模型未能解释像一氧化碳一样对温度敏感的冰的寿命。研究人员为这项研究创建的模型解释了这一变化，并表明这些物体中高度挥发的冰比之前认为的要长得多。
伯奇说:“我们基本上是说，Arrokoth是如此的超级冷，以至于更多的冰要升华——或者直接从固体变成气体，跳过它内部的液态——它首先升华成的气体必须通过它多孔的、海绵状的内部向外传播。”“诀窍在于，为了移动气体，你还必须升华冰，所以你得到的是多米诺骨牌效应:在Arrokoth内部变得更冷，升华的冰更少，气体移动更少，它变得更冷，等等。”最终，一切都关闭了，你只剩下一个充满气体的物体，慢慢地流出来。”
这项研究表明，柯伊伯带天体可以充当休眠的“冰弹”，将挥发性气体保存在其内部数十亿年，直到轨道移动使它们更靠近太阳，热量使它们变得不稳定。这个新想法可以帮助解释为什么这些来自柯伊伯带的冰冷物体在第一次接近太阳时爆发得如此猛烈。突然间，它们内部的冷气体迅速加压，这些物体演变成彗星。
伯奇论文的合著者乌姆罕说:“关键是我们纠正了人们几十年来对这些非常寒冷和古老的物体所假设的物理模型中的一个严重错误。”“这项研究可能是重新评估彗星内部演化和活动理论的最初推动者。”
总之，这项研究挑战了现有的预测，为理解彗星的性质及其起源开辟了新的途径。伯奇和乌姆罕是美国宇航局彗星天体生物学探测样本返回(CAESAR)任务的联合研究员，该任务是从67P/丘留莫夫-格拉西门科彗星上获取至少80克的表面物质，并将其带回地球进行分析。
这项研究的结果可以帮助指导凯撒的探索和采样策略，有助于加深我们对彗星演化和活动的理解。
伯奇说:“这些原始物质的储藏库很可能被锁在整个太阳系外的小天体中——这些物质只是在等着喷发，让我们去观察它们，或者坐在深冻中，直到我们能把它们找回来带回地球。”
参考:“CO冰和气体在486958 Arrokoth内的保留”，由Samuel P.D. Birch和Orkan M. Umurhan, 2024年3月2日，伊卡洛斯。DOI: 10.1016 / j.icarus.2024.116027
这项研究是由海辛-西蒙斯基金会资助的。
