窺探谷神星內部，科學家用上引力場

　　作為太陽系小行星帶里的“大個子”，直徑為 940 公里的矮行星——谷神星一直備受關注。它是美國“黎明”號探測器的主要觀測對象之一。

　　據物理學家組織網報道，一個國際研究小組通過分析“黎明”號獲取的引力場等數據，認為谷神星表面一座圓頂形狀的山由泥漿——混合了鹽水和固體顆粒的物質組成。該項研究近日在線發表在《自然·地球科學》的官網上。

　　行星引力場是研究行星內部結構的重要窗口。如何探測行星引力場?引力場數據里，藏著哪些關于行星內部結構和成分的秘密?科技日報記者就此采訪了相關專家。

　　如何探測行星引力場

　　2007 年升空的“黎明”號，主要研究火星和木星之間小行星帶中的兩個較大目標——灶神星和谷神星。2011 年 7 月到 2012 年 9 月，“黎明”號圍繞灶神星考察，然后啟程前往谷神星，于 2015 年 3 月到達目的地。

　　自 2015 年初傳回截至當時最為清晰的谷神星“靚照”開始，“黎明”號一直在辛勤地工作，傳回各種數據。通過對光譜、引力場等數據的研究分析，科學家們對谷神星的認識不斷豐富。

　　為了更好地解釋關于引力場的基本概念，中國科學院國家天文臺研究員平勁松打了個比方，如果把要探測的天體當作一個質量點看待時，圍繞它飛行的衛星所運行的軌道應該是一個圓錐曲線，即橢圓或者拋物線等。

　　然而，中心引力體并不是一個點，是由物質組成的球體。如果這個球體是一個正球體，那么它對衛星運行軌道的擾動可以忽略不計。

　　但通常情況下，行星一般不是正球體，而是橢球體，比如旋轉橢球體、三軸橢球體等。因此，行星的引力在空間的分布是不均勻的。衛星飛過時候，不均勻的引力場就會對衛星運行的軌道產生擾動。

　　“那么，通過分析衛星軌道的變化，可以去重建行星的引力特征。”平勁松介紹，影響引力特征分布的主要有兩個因素，即物質的形狀和密度。

　　一方面，同樣的物質組成，內部形狀不一樣，產生的引力特征不一樣。另一方面，如果物質形狀是均勻的，但內部的密度不一樣，在空間表達的引力場也是不均勻的。

　　引力場特征能說明啥

　　既然形狀和密度會影響行星引力場的分布。反過來，通過獲得行星引力場在外部空間分布的不均勻性后，可以反推其表面及內部物質的形狀結構和密度。

　　在太陽系里，由小的球粒隕石類物質堆積而成的固體巖石類天體，它們的物質成分比較均勻，密度約為 3 克/立方厘米。而在地球、火星等行星形成的過程中，由于急劇升溫，巖石中的鐵和鎳這些比較重的物質會流到星體的中間部分，形成核或下部的幔。

　　鐵的密度是 7.8 克/立方厘米，因此物質流動后，行星表面巖石的密度就變成 2.3—2.7 克/立方厘米，行星幔部分還會留有一部分鐵，那里的密度大概為 5 克/立方厘米。

　　“在太空中，如果發現某一個物體的密度低于 2.3 克/立方厘米，可以推斷它里面肯定有揮發性的物質，主要是水。”平勁松指出，水的密度較低，綜合在一起，就會拉低物質的密度。

　　本文開頭提到的國際研究小組綜合“黎明”號獲取的引力場等數據，計算出谷神星表面一座名為阿胡那山(Ahuna Mons)的物質密度在 2.1 克/立方厘米左右。“由此不難推斷，組成阿胡那山的物質里有水冰的存在。”平勁松分析道。

　　事實上，弄清谷神星是一顆純巖石類行星，還是其他類型的行星，是對其進行探測的主要任務之一。平勁松認為，在從地面上看起來像是巖石類行星的谷神星的表面和深部發現了大量水，意味著在太陽系內其他的行星或彗星上也可能廣泛地存在水，這對于研究生命起源的環境有著重要意義。
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