新視野號拍攝的冥衛一（冥王星的衛星）

（圖源：NASA/JPL-Caltech）

通過詹姆斯韋伯望遠鏡，天文學家在冥衛一（又稱卡戎，冥王星最大的衛星）冰封的表面探測到了二氧化碳和過氧化氫。這些分子可能幫我們揭示太陽系邊界的冰球是怎么誕生的。

冥衛一自1978年被發現以來，一直被科學家們不斷的研究。但是，由于技術原因，某些波長的電磁波無法被探測到，導致我們不能完全了解冥衛一表面成分。因此，盡管之前在冥衛一的表面探測到了冰，含氨物質和有機化合物，但是最近才探測到了表面的二氧化碳和過氧化氫。

美國西南研究院的西爾維婭·普羅托帕帕帶領的一個團隊，利用詹姆斯韋伯望遠鏡搭載的近紅外光譜儀補全了之前研究的空缺。“我們的研究揭示了冥衛一表面存在這二氧化碳和過氧化氫，這對于了解冥衛一的起源有重大意義。“普羅托帕帕告訴了space.com。”這些發現拓寬了冥衛一已知的組成成分，其中包括水冰，含氨物質和導致其灰紅色的有機化合物。“

冥衛一是一個中型天體，直徑約1,200 km，位于太陽系邊緣的柯伊伯帶。柯伊伯帶是一條由冰碎片、彗星和矮行星組成的環，柯伊伯帶中的天體也被稱為海王星外天體 。

與其他柯伊伯帶內的大型天體不同的是，冥衛一的表面沒有被甲烷等揮發性冰所遮蔽，這代表科學家們可以了解太陽光在如此遙遠距離對這些天體產生的影響。同時，因為新視野號掠過冥王星時測量冥衛一的地貌，所以這也是唯一一個擁有地質測繪數據的中型海王星外天體。

“總的來講，這些因素導致冥衛一是一個非常有價值的研究目標，” 普羅托帕帕說，“我們的發現對于了解太陽光和隕石撞擊等因素會如何影響冥衛一的表面有著重要的意義。這樣的推論也可以推廣到其他中型海王星外天體上。”

恒星，行星以及衛星的組成部分可以通過觀測它們發出或反射的光推斷出。這樣做的原理是一個元素會在某一個特定的波段吸收或發射光（這個方法叫做光譜學）。因此，通過光譜學，我們可以分析出觀測物體的化學成分。

通過結合了詹姆斯韋伯望遠鏡的光譜數據和實驗室中對一些元素的分析，普羅托帕帕和她的同事推斷出了冥衛一的表面成分。因此他們得出結論：二氧化碳主要存在于富含水冰的表層地下。

“新視野號拍攝的照片揭示了冥衛一的表面有許多隕石坑。這些隕石坑周圍由許多明亮的噴發物，這些噴發物富含水和含氨化合物。” 普羅托帕帕解釋道，“這些地質特征揭示了噴發物的起源，原本位于地下的水和含氨化合物因為隕石撞擊而重見天日。因此，我們可以通過噴發物的組成部分推斷出冥衛一的組成部分。”

“我們一般認為噴發物上層的二氧化碳來自于衛星的內部，由于隕石撞擊，這些二氧化碳才能重見天日。“

普羅托帕帕還表示，二氧化碳的出現并不意外，因為孕育了冥王星的原行星盤就包含了二氧化碳。實際上，2015年，新視野號飛掠冥王星時，科學家們因為沒有探測到二氧化碳而被震驚了。

“二氧化碳的出現令人滿意地證實了我們的預期。“普羅托帕帕說到。然而，過氧化氫的出現令人十分意外。“在21世紀初期，人們就知道木衛二上存在過氧化氫鑒于木衛二和冥衛一截然不同的環境。我從未想過我會寫一篇比較這兩顆衛星的論文。“

冥衛一上出現的過氧化氫說明了冥衛一富含水冰的表面正在被來自外界的高能粒子不斷轟擊，這些高能粒子可能來自于太陽風，或者來自宇宙深處的宇宙射線。

“過氧化氫是由臨近的氫氧離子自由基結合而形成的，而氫氧離子自由基產生于高能離子、電子或光子轟擊水分子，導致水分子分裂而產生的。” 普羅托帕帕說，“通過實驗，我們團隊證實了當二氧化碳存在時，高能粒子轟擊可以產生過氧化氫。”

普羅托帕帕和她的團隊將利用詹姆斯韋伯望遠鏡繼續研究冥衛一，并通過研究冥衛一，更好的了解外海王星天體。

“未來的詹姆斯韋伯望遠鏡數據會填補之前缺失的波段，這可能導致人們探測到冥衛一上其他的化學成分，并發現更多在冥衛一表面進行的化學過程。“普羅托帕帕說。

該團隊的發現發表在了自然-通訊雜志上。

BY: Robert Lea

FY: Chen Li

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