建模揭示了矮行星谷神星怎样为意想不到的地质活动提供动力

这张插图模拟了 NASA 黎明计划中谷神星的地形(以米为单位),并标出了这颗矮行星的一些主要陨石坑。 黑线代表 Scott King 论文中描述的故障。 学分:斯科特·金

很长一段时间,我们对谷神星的看法是模糊的,弗吉尼亚理工学院的地球科学家斯科特金说。 一颗矮行星和在小行星带中发现的最大天体——木星和火星之间的区域散布着数十万颗小行星——在现有的地球望远镜观测中,谷神星没有明显的表面特征。

然后,在 2015 年,谷神星的朦胧球体映入眼帘。 这种观点让金等科学家感到震惊。 美国宇航局黎明任务收集的数据和图像提供了更清晰的地表图像,包括其组成和结构,揭示了意想不到的地质活动。

科学家们在早期的观测中已经看到了谷神星的一般大小。 它是如此之小,以至于被认为是不活动的。 相反,黎明在谷神星的一侧发现了一个大高原,覆盖了矮行星的一小部分,类似于大陆可能在地球上占据的面积。 它周围是聚集在一个位置的岩石裂缝。 并且有明显的海洋世界痕迹:随着水的蒸发,矿物质凝结在整个表面的沉积物——冰冻海洋的标志。

地球科学系的一位教授 King 主要研究行星等较大的天体,他想知道像谷神星这样小的天体怎样产生为这种地质活动提供动力所需的热量,并解释由黎明。

通过建模,他和来自多所大学以及美国地质调查局和行星科学研究所的科学家团队发现,谷神星内部放射性元素的衰变可以使其保持活跃。 他们的研究结果最近发表在 AGU Advances 上。

金对地球、金星和火星等大行星的研究一直告诉他,行星一开始很热。 形成行星的物体之间的碰撞会产生初始热量。 相比之下,谷神星从来没有大到足以成为一颗行星并以同样的方式产生热量,金说。 为了了解它怎样仍能产生足够的热量来为地质活动提供动力,他使用以前应用于更大行星的理论和计算工具来研究谷神星的内部,并在黎明任务返回的数据中寻找可以支持他的模型的证据。

该团队的矮行星内部模型显示了一个独特的序列:谷神星开始冷和热,因为铀和钍等放射性元素的衰变——这些元素足以为其活动提供动力——直到内部变得不稳定。

“我在模型中看到的是,突然之间,内部的一部分会开始升温并向上移动,然后另一部分会向下移动,”金说。

正如黎明任务所揭示的那样,这种不稳定性可以解释谷神星上形成的一些表面特征。 巨大的高原仅在谷神星的一侧形成,另一侧则没有,裂缝聚集在它周围的一个位置。 一个半球的特征集中向金发出信号,不稳定已经发生并留下了明显的影响。

“事实证明,你可以在模型中显示,如果一个半球存在这种上升的不稳定性,它会导致地表延伸,这与这些裂缝模式是一致的,”金说。

根据团队的模型,谷神星并没有遵循行星典型的先热后冷模式,而是采用了自己的冷、热、再冷模式。 “我们在本文中展示的是,辐射加热本身就足以创造有趣的地质,”金说。

他在天王星的卫星上看到了与谷神星的相似之处,美国国家航空航天局和国家科学基金会委托进行的一项研究最近将其视为一项重大机器人任务的高度优先事项。 随着对模型的进一步改进,他也期待着探索它们的内部。

“其中一些卫星的大小与谷神星相差不大,”金说。 “我认为应用该模型会非常令人兴奋。”