在小行星上找水，科學家有高招
火星探測器「鳳凰」號曾在火星找到水的蹤跡
記者 馬愛平
對人類而言，小行星有著一種神秘的魅力。
近日，中科院紫金山天文台研究員季江徽課題組與其合作者，就發現R型主帶小行星（349）Dembowska可能存在水冰。存在水冰可能，這意味著什麼？如何才能推斷小行星是否存在水冰？
解開地球之謎的重要鑰匙
迄今為止，人類發射的行星探測器，為人們描繪出一張太陽系的水分布圖。
木星的衛星木衛二是一個冰冷的世界，天文學家認為它表面覆蓋著水冰，地表下可能存在液態海洋。土星的衛星土衛二表面存在間歇泉，有大量水蒸氣從冰火山裡面噴出。
「火星探測器『鳳凰』號發現，火星地下有冰。儘管這些水並不能滿足我們的生活需要，卻揭示了行星以及衛星的演化歷史，並時刻提醒我們在地球之外存在生命的可能性。」季江徽對科技日報記者說。
季江徽進一步解釋，水是非常珍貴的資源。假如小行星上有水，那麼就意味著未來可以獲取這些太空資源，進而在探索太陽系的過程中加以利用。
同時，人們對地球上水的起源問題也有頗多疑問。科學家曾經認為，地球上的一部分水來自於太陽系外的彗星。但是今天，這一觀點已受到質疑。對小行星水冰的研究或許是解開這個疑問的途徑之一。
近幾年，美國國家航空航天局在火星探測領域取得了令人矚目的成就，火星大出風頭，尤其是在獲得與水有關的探測進展時。這給人一種感覺，似乎在太陽系乃至整個宇宙，水都是非常罕見的東西。
「事實上，在整個太陽系，水是常見的物質，尤其在太陽系外圍的天體中，水大面積存在著。而太陽系裡的天體中，除了土星和木星的衛星以外，還有很多的水分布在小行星上。」季江徽說，小行星帶天體、木星的幾個衛星、土星環及土星的衛星甚至更遙遠的柯伊伯帶天體等都擁有大量的水冰，如果將這些水平均分配到圍繞太陽公轉的天體上，那整個太陽系的含水量並不低。
表面物理特徵也是有效線索
科學家可以通過天文觀測或空間探測發現小行星存在水冰的直接證據。除此之外，還有哪些方法可以探測水冰？
「還可以通過研究小行星表面的基本物理特徵來了解。」季江徽說。
比如（349）Dembowska小行星，它是一顆R型主帶小行星，直徑約為156千米。
「它很亮，自轉周期為4.7小時，自轉軸與軌道面的夾角很小；它的近紅外反射光譜與灶神星的光譜十分相似，所以可能發生過熔融分異的歷史；它的軌道靠近太陽系『雪線』，水在那裡開始凝固，因而可能存在水冰。」季江徽說。
但是，至今為止，人們對於這顆小行星的基本物理信息仍不是很確定。因此該小行星備受國際上天文研究機構的關注。
紫金山天文台行星科學團隊建立了小行星熱物理模型，從小行星熱物理特徵分析其含水情況。
在前期工作中，季江徽課題組研究了近地小行星（101955）Bennu。美國小行星採樣返回探測任務OSIRIS-REx將在2018年造訪該小行星，並在2023年採集小行星樣本返回地球。季江徽的工作表明，這顆小行星表面可能大部分區域被土壤所覆蓋。這一結果很大程度上支持了OSIRIS-REx任務採樣機制的可行性。
在對小行星Dembowska的研究中，季江徽課題組基於國際空間紅外衛星的探測數據及地基Subaru望遠鏡的實測熱紅外數據，獲得Dembowska表面熱慣量、粗糙度、反照率等基本熱物理信息，模擬了Dembowska在任意軌道時刻的表面及次表面溫度環境。
研究人員發現，Dembowska表面南北兩極溫度變化較大，並呈現明顯的季節變化。赤道溫度變化較小，且有較長時間溫度較高，表面不太可能保存水冰。而在Dembowska南北次表層30至50厘米以下，溫度可保持在較低水平，水冰可以穩定地存在。
在未來的研究工作中，季江徽課題組還將繼續揭示其它小行星蘊含水冰的可能。馬愛平
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