由加州大學舊金山分校領導的研究小組在跨海王星天體上發現了大量古代二氧化碳和一氧化碳冰，這表明在太陽系形成過程中可能存在二氧化碳。由來自中佛羅裡達大學佛羅裡達太空研究所（FSI）的行星科學家馬裡奧-納西門托-德普拉（Mário Nascimento De Prá）和諾埃米-皮尼利亞-阿隆索（Noemí Pinilla-Alonso）領導的研究團隊利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）的紅外光譜功能分析了59個跨海王星天體和半人馬座的化學成分，從而得出了上述發現。

柯伊伯帶天體（KBO）的藝術家印象圖，該天體位於太陽系外緣，與太陽的距離達到驚人的40 億英里。圖片來源：NASA、ESA 和G. Bacon（STScI）

這項發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）上的開創性研究表明，二氧化碳冰在原行星盤的寒冷外圍區域非常豐富，而太陽係正是從這個由氣體和塵埃組成的巨大旋轉盤中形成的。要了解一氧化碳冰的起源還需要進一步的研究，因為一氧化碳冰也普遍存在於研究中的TNO（海王星外天體）。

研究人員報告說，在用JWST 觀測的59 個天體樣本中，在56 個近地天體中探測到了二氧化碳，在28 個天體中探測到了一氧化碳（另外還有6 個天體的探測結果可疑或微弱）。研究稱，二氧化碳廣泛存在於跨海王星群體的表面，與動力學類別和天體大小無關，而一氧化碳只在二氧化碳豐度較高的天體中被偵測到。

作為DiSCo 大型計劃的一部分，利用JWST 獲得的富含碳揮發性冰的跨海王星天體表面的光譜。二氧化碳（CO2）、其同位素（13CO2）和一氧化碳的吸收以黃色標示。太陽（靠近影像中心）的光線在數十億英里以外的地方變得暗淡，那裡就是跨海王星天體所在的地方。圖片來源：佛羅裡達太空研究所William Gonzalez Sierra

這項工作是由加州大學舊金山分校領導的”發現跨海王星天體表面成分”計劃（DiSCo-TNOs）的一部分，該計劃是JWST重點分析太陽系的計劃之一。

這項研究的共同作者de Prá 說：”這是我們第一次觀測到大量TNOs 的這一光譜區域，因此從某種意義上說，我們所看到的一切都是令人興奮的，也是獨一無二的。

他說，冰的發現可以進一步幫助我們了解太陽系的形成以及天體可能是如何遷移的。

de Prá說：”外海王星天體是行星形成過程中的遺跡。這些發現可以對這些天體的形成地點、它們如何到達如今居住的區域以及它們的表面自形成以來是如何演變的提供重要的限制。由於它們是在距離太陽更遠的地方形成的，而且比行星更小，因此它們包含了有關原行星盤原始成分的原始信息。

新視野號探測器在冥王星上觀測到了一氧化碳冰，但直到JWST 才有一個足夠強大的觀測站來精確定位和探測最大的TNOs 群上的一氧化碳冰或二氧化碳冰的痕跡。

二氧化碳通常存在於太陽系的許多天體中。因此，DiSCo 小組很想知道在海王星之外是否存在更多的二氧化碳。

研究稱，先前在TNOs 上沒有探測到二氧化碳冰的可能原因包括：豐度較低；隨著時間的推移，非揮發性二氧化碳被其他揮發性較低的冰層和耐火材料層所掩埋；輻照轉化為其他分子；以及簡單的觀測限制。

de Prá說，在TNOs上發現二氧化碳和一氧化碳提供了一些背景，同時也提出了許多問題。

他說：「二氧化碳可能是從原行星盤中吸積而來，而一氧化碳的來源則更加不確定。一氧化碳是一種易揮發的冰，即使在TNOs 的寒冷表面也是如此。我們不能排除一氧化碳是原始吸積並以某種方式保留至今的可能性。

答案雪崩

皮尼利亞-阿隆索（Pinilla-Alonso）是這項研究的合著者之一，同時也是DiSCo-TNOs 項目的負責人，他說，確認TNOs 上存在二氧化碳和一氧化碳為進一步研究和量化二氧化碳和一氧化碳的存在方式或原因提供了許多機會。

她說：「在跨海王星天體上發現二氧化碳令人激動，但更令人著迷的是它的特性。二氧化碳的光譜印記揭示了我們樣本中兩種截然不同的表面成分。在一些近地天體中，二氧化碳與甲醇、水冰和矽酸鹽等其他物質混合在一起。在其他太陽系天體上觀測到的任何現象，甚至也無法在實驗室環境中複製。

現在看來很清楚的一點是，當二氧化碳含量豐富時，它似乎與其他物質隔​​離開來，但僅憑這一點並不能解釋條帶的形狀。理解這些二氧化碳帶是另一個謎，可能與它們獨特的光學特性以及它們如何反射或吸收特定顏色的光有關。一般認為，在構成成分相似的彗星中，二氧化碳以氣態存在，因此在近地天體中可能存在二氧化碳。

她說：”在彗星中，我們觀察到二氧化碳是一種氣體，是由表面或表面下的冰昇華釋放出來的。然而，由於從未在近地天體表面觀測到二氧化碳，人們普遍認為二氧化碳被困在表面之下。大地改變了我們對TNOs 成分的理解，並表明影響其表面的過程比我們想像的要複雜得多。

解凍數據

研究的共同作者、巴黎-薩克雷大學天文物理空間研究所和法國國家科學研究中心的博士生艾爾莎-埃諾（Elsa Hénault）和埃諾的導師羅莎裡奧-布魯內托（Rosario Brunetto）從實驗室和化學角度對JWST的觀測結果進行了解讀。

Hénault 對所有天體的二氧化碳和一氧化碳吸收帶進行了分析和比較。 Hénault說，雖然有大量證據表明存在冰，但在豐度和分佈上存在很大差異。

她說：「雖然我們發現二氧化碳在近地天體中無處不在，但其分佈絕對不均勻。有些天體的二氧化碳含量很低，而有些天體的二氧化碳含量很高，還顯示出一氧化碳。有些天體顯示的是純二氧化碳，而有些天體則混合了其他化合物。

透過分析，原行星盤中很可能存在二氧化碳，但一氧化碳不太可能是原始氣體，Hénault 說。 “來自太陽或其他來源的持續離子轟擊可以有效地形成一氧化碳，我們目前正在探索這一假設，將觀測結果與離子輻照實驗進行比較，離子輻照實驗可以再現TNO 表面的冷凍和電離條件。”

這項研究為近30 年前發現的TNOs 等長期存在的問題提供了一些明確的答案，但研究人員還有很長的路要走。

這又讓他們又提出了其他問題。尤其是考慮一氧化碳的起源和演變。整個光譜範圍內的觀測結果非常豐富，肯定會讓科學家們忙上好幾年。

雖然DiSCo 計劃的觀測工作已接近尾聲，但對結果的分析和討論仍有很長的路要走。 de Prá說，從這項研究中獲得的基礎知識將被證明是對未來行星科學和天文學研究的重要補充：”對於這些天體是由什麼構成的以及它們是如何形成的，我們只是略知一二。 我們現在需要了解這些冰與存在於其表面的其他化合物之間的關係，並了解它們在整個太陽系歷史中的形成情景、動態演化、揮發物保留和輻照機制之間的相互作用。

編譯自/ ScitechDaily