高能炮彈實驗揭示小行星如何輸送水

用高能炮彈進行的實驗表明，富含水的小行星會對行星產生驚人的影響。這項由布朗大學科學家所做的研究，可以揭示水是如何到達早期地球，並有助於解釋月球和其他地方的一些微量水的探測。約翰霍普金斯大學的博士後研究員特里克·達利說：水和揮發物起源和運輸是行星科學的一個重大問題。他在完成布朗大學博士學位的同時，領導了這項研究。這些實驗揭示了小行星向衛星、行星和其他小行星運送水的機制。這是一個始於太陽系形成的過程，並在今天繼續運作。這項研究發表在《科學進展》雜誌上。

在撞擊試驗中產生的撞擊玻璃樣品，像小行星一樣的撞擊物產生。圖片：Terik Daly

地球水的來源仍然是個謎。長期以來，人們認為太陽系內部行星形成了乾枯的骨頭，後來由於冰彗星的撞擊而產生了水。儘管這一想法仍有可能，但同位素測量顯示，地球的水與碳質小行星中的水類似。這表明小行星也可能是地球水的來源，但這類運載工具的工作原理還不是很清楚。影響模型告訴我們，撞擊應該完全使液化速度影響許多常見系統，這意味著所有的水只包含在高溫下蒸發的影響，但大自然往往比我們的模型更有趣，這就是為什麼需要做實驗。在這項研究中，Daly和Schultz使用的是大理石大小的投射物，其成分與碳質球粒隕石相似，隕石來自遠古富含水的小行星。

使用美國宇航局艾姆斯研究中心的垂直射擊場，發射的炮彈以每秒5公里(超過11000英里/小時)的速度，以一種由浮石粉末製成的極干目標材料進行爆破。研究人員隨後用分析工具對撞擊後的碎片進行分析，尋找被困在其中的水的跡象。發現在整個太陽系的碰撞速度和角度上，在撞擊後的碎片中有30%的水都被困住了。大部分的水被困在衝擊融化中，岩石被撞擊的熱量融化，然後在冷卻過程中重新凝固，在撞擊角礫岩中，岩石由撞擊碎片的混合物混合而成。這項研究提供了一些關於水被保留的機理的線索。由於碰撞的熱量破壞了衝擊器的部分，形成了包含在衝擊器內部的水的蒸汽羽流。

撞擊物和角礫岩正在形成，水蒸汽會被吸收到熔體中，然後形成breccias。因此即使撞擊器失去了水，它中的一些也會隨著熔體的快速冷卻而被重新捕獲。這些發現可能對理解地球上的水存在意義重大。碳質小行星被認為是太陽系中最早的天體之一，是太陽系中形成行星的原始巨礫。當這些富含水分的小行星撞向仍在形成地球時，可能會有類似於Daly和Schultz發現的水被納入行星形成過程的過程。這一過程也有助於解釋月球地幔中存在水的現象，因為研究表明月球水也有小行星的起源。這項研究還可以解釋後來太陽系的水活動，在月球表面上發現的水，可能是由Tycho衝擊器產生的。小行星來源的水也可能是在水星極地發現的冰沉積物。關鍵在於這為提供了一種機制，讓我們知道在小行星撞擊地球後，水是如何形成的。這說明了為什麼實驗如此重要，因為這是模型所忽略的。

博科園-科學科普｜參考期刊：Science Advances｜來自：布朗大學

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