作為太陽(yáng)系小行星帶里的“大個(gè)子”，直徑為 940 公里的矮行星——谷神星一直備受關(guān)注。它是美國“黎明”號探測器的主要觀(guān)測對象之一。

　　據物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，一個(gè)國際研究小組通過(guò)分析“黎明”號獲取的引力場(chǎng)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(zhì)組成。該項研究近日在線(xiàn)發(fā)表在《自然·地球科學(xué)》的官網(wǎng)上。

　　行星引力場(chǎng)是研究行星內部結構的重要窗口。如何探測行星引力場(chǎng)?引力場(chǎng)數據里，藏著(zhù)哪些關(guān)于行星內部結構和成分的秘密?科技日報記者就此采訪(fǎng)了相關(guān)專(zhuān)家。

　　如何探測行星引力場(chǎng)

　　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(gè)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(shí)最為清晰的谷神星“靚照”開(kāi)始，“黎明”號一直在辛勤地工作，傳回各種數據。通過(guò)對光譜、引力場(chǎng)等數據的研究分析，科學(xué)家們對谷神星的認識不斷豐富。

　　為了更好地解釋關(guān)于引力場(chǎng)的基本概念，中國科學(xué)院國家天文臺研究員平勁松打了個(gè)比方，如果把要探測的天體當作一個(gè)質(zhì)量點(diǎn)看待時(shí)，圍繞它飛行的衛星所運行的軌道應該是一個(gè)圓錐曲線(xiàn)，即橢圓或者拋物線(xiàn)等。

　　然而，中心引力體并不是一個(gè)點(diǎn)，是由物質(zhì)組成的球體。如果這個(gè)球體是一個(gè)正球體，那么它對衛星運行軌道的擾動(dòng)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(guò)時(shí)候，不均勻的引力場(chǎng)就會(huì )對衛星運行的軌道產(chǎn)生擾動(dòng)。

　　“那么，通過(guò)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(gè)因素，即物質(zhì)的形狀和密度。

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

　　引力場(chǎng)特征能說(shuō)明啥

　　既然形狀和密度會(huì )影響行星引力場(chǎng)的分布。反過(guò)來(lái)，通過(guò)獲得行星引力場(chǎng)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(zhì)的形狀結構和密度。

　　在太陽(yáng)系里，由小的球粒隕石類(lèi)物質(zhì)堆積而成的固體巖石類(lèi)天體，它們的物質(zhì)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(guò)程中，由于急劇升溫，巖石中的鐵和鎳這些比較重的物質(zhì)會(huì )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(zhì)流動(dòng)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(huì )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(fā)現某一個(gè)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(fā)性的物質(zhì)，主要是水。”平勁松指出，水的密度較低，綜合在一起，就會(huì )拉低物質(zhì)的密度。

　　本文開(kāi)頭提到的國際研究小組綜合“黎明”號獲取的引力場(chǎng)等數據，計算出谷神星表面一座名為阿胡那山(Ahuna Mons)的物質(zhì)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(zhì)里有水冰的存在。”平勁松分析道。

　　事實(shí)上，弄清谷神星是一顆純巖石類(lèi)行星，還是其他類(lèi)型的行星，是對其進(jìn)行探測的主要任務(wù)之一。平勁松認為，在從地面上看起來(lái)像是巖石類(lèi)行星的谷神星的表面和深部發(fā)現了大量水，意味著(zhù)在太陽(yáng)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(huán)境有著(zhù)重要意義。
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