太陽系中佈滿裂痕的表面顯示了遠古撞擊的痕跡，但灶神星上神秘的溝壑可能是由流星體撞擊引發的突然鹽水流形成的。最近模擬灶神星環境的實驗表明，由氯化鈉穩定的鹽水可以在凍結之前流動足夠長的時間，從而形成溝壑。 這項發現建立在美國國家航空暨太空總署黎明號（Dawn）任務發現的基礎之上，黎明號探索了灶神星，並暗示了隱藏的地表下冰。

美國國家航空暨太空總署的黎明號太空船在2012 年離開灶神星軌道時捕捉到了這張影像。 取景相機正俯視著影像中間的北極。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

太陽系中許多天體的表面都佈滿了隕石坑，這清楚地證明了流星體和其他太空碎片長達46 億年的撞擊歷史。 然而，在一些世界上，例如美國太空總署黎明號任務所探索的巨型小行星灶神星，這些表面也有深溝或溝壑，其形成至今仍是一個謎。

一種主要的理論認為，這些溝壑是由地球物理過程（如流星體撞擊或暴露在太陽下導致的溫度變化）引起的乾燥碎片流造成的。 然而，最近發表在行星科學雜誌上的一項由美國太空總署（NASA）資助的研究提供了新的證據，表明這是一個不同的過程：由撞擊引發的短暫水流。 這些水流可能刻畫了溝壑，並留下了沉積物。 研究人員利用實驗室設備重現了灶神星的環境，首次詳細說明了這種液體可能的成分，以及在凍結前液體可能保持流動的時間。

儘管灶神星上存在冰凍鹽水沉積物的說法尚未得到證實，但科學家以前曾假設，流星體撞擊可能暴露並融化了灶神星等世界表面下的冰層。 在這種假設中，這個過程產生的水流可能會刻畫出與地球相似的溝壑和其他地表特徵。

為了模擬灶神星這顆巨型小行星上流星體撞擊表面後的情況，科學家們使用了美國宇航局噴氣推進實驗室的”冰冷環境骯髒真空下模擬試驗台”（DUSTIE）。 資料來源：NASA/JPL-Caltech

但是，沒有空氣的世界–沒有大氣層、暴露在太空高真空環境中的天體–怎麼可能在表面長時間容納液體，使其流動呢？ 這種過程有悖於人們的理解，即液體在真空中會迅速失去穩定，當壓力下降時就會變成氣體。

計畫負責人、行星科學家、美國太空總署南加州噴射推進實驗室的詹妮弗-斯卡利（Jennifer Scully）說：”撞擊不僅會引發表面的液體流動，液體的活躍時間還足以形成特定的表面特徵。但能持續多久呢？

關鍵成分原來是氯化鈉- 非常常見的食鹽。 實驗發現，在類似灶神星上的條件下，純淨水幾乎會立即結冰，而含鹽液體至少會在一個小時內保持流動。第一作者、聖安東尼奧西南研究所的邁克爾-J-波斯頓（Michael J. Poston）說：”這足夠長的時間來形成在灶神星上發現的與水流有關的特徵，據估計，這最多需要半小時。

2007年發射的黎明號太空船前往火星和木星之間的主要小行星帶，圍繞著灶神星運行了14個月，並圍繞著穀神星運行了近四年。 在2018年任務結束之前，該任務發現了穀神星曾是次表層鹵水庫所在地的證據，並且可能仍在將鹵水從內部轉移到表面。 科學家說，最近的研究提供了對穀神星過程的洞察力，但重點是灶神星，那裡的冰和鹽在受到撞擊加熱時可能會產生鹵水液體。

為了再現灶神星遭受流星體撞擊後可能出現的類似情況，科學家們利用了JPL的一個名為”冰冷環境髒污真空下模擬試驗台”（Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments，簡稱DUSTIE）的試驗室。 透過迅速降低液體樣本周圍的氣壓，他們模擬了流體到達地表時周圍的環境。 在真空條件下，純水瞬間凍結。 但含鹽的液體在凍結之前會停留更長時間，繼續流動。

他們試驗的鹽水只有一英寸多一點（幾厘米）深；科學家們得出結論，灶神星上幾碼到幾十碼深的水流需要更長的時間才能重新凍結。

研究人員也能夠再現鹽水在水上形成的冰凍物質”蓋子”。 從本質上講，”蓋子”是一個冰凍的頂層，它能穩定其下的液體，保護液體不暴露在太空的真空環境中–在本實驗中則是DUSTIE 實驗室的真空環境中–併幫助液體在再次凍結前流動更長時間。

這種現象類似於地球上熔岩在熔岩管道中比暴露在低溫地表時流得更遠。 這也與圍繞火星上潛在的泥火山和木星衛星歐羅巴上可能噴出冰物質的火山所進行的建模研究相吻合。

斯卡利說：”我們的研究成果為越來越多的工作做出了貢獻，這些工作利用實驗室實驗來了解液體在各種世界上的持續時間。”

編譯自/ scitechdaily