美國太空總署(NASA)的詹姆斯‧韋伯空間望遠鏡在木星與火星間的小行星帶裡偵測到了一顆罕見的彗星,而且在其周圍出現了水蒸汽。

這是首次在主小行星帶內探測到水蒸汽,這表明太陽系早期的水可能以冰的形式存在於主要小行星帶中。

天文學家利用韋伯的NIRSpec(近紅外光譜儀)實現了這一重大突破。然而,與水的成功探測的同時,出現了一個新的疑問:新發現的雷德彗星(238P/Read)並未顯示出有可探測的二氧化碳,這與其它彗星有所不同。

在5月15日(週一)的新聞發佈會中,NASA表示,韋伯行星副項目的科學家、報告這一發現的研究合著者史蒂芬妮‧米拉姆(Stefanie Milam)表示,這一發現可以幫助人類了解是否存在另外類似地球的行星。

「就我們所知,我們這個充滿水的世界到處都是生命,這在宇宙中是獨一無二的,這是一個謎團——我們並不確定這些水從何處來。」她進一步說明,「了解太陽系中水的分布歷史將有助於我們理解其它行星系統,並判斷它們是否有可能成為像地球一樣的行星。」

雷德彗星是一顆主帶彗星,即位於火星與木星之間的主小行星帶的天體。然而,它會定期展現出光暈或彗髮,就像彗星的尾巴一樣。主帶彗星本身是一個相對新的分類,而雷德彗星是最早用來定義這個分類的三顆彗星之一。

過去,人們認為彗星位於海王星軌道以外的柯伊伯帶(Kuiper Belt)和奧爾特雲(Oort Cloud)中。在那裡,由於距離太陽的距離較遠,彗星的冰塊得以保存。長久以來,科學家們猜測水冰可以在木星軌道內比較暖和的小行星帶中保存,但確實的證據一直難以得到,直到韋伯有了新發現。

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詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)在2022年9月8日拍攝的雷德彗星(Comet 238P/Read)照片,由美國國家航空航天局(NASA)的NIRCam(近紅外相機)儀器完成。[NASA, ESA, CSA, M. Kelley (University of Maryland)]

該研究的主要作者,馬里蘭大學的天文學家邁克爾‧凱利(Michael Kelley)解釋說:「過去,我們看到主帶中的物體展現了彗星的所有特徵,但只有通過韋伯提供的這些精確的光譜數據,我們才能確定這絕對是水冰在產生這種效果。」

彗星接近太陽時,凍結的物質會蒸發,形成獨特的彗髮和彗尾,使其與小行星明顯區分。

凱利表示:「通過對雷德彗星的觀測,我們現在可以確定早期太陽系的水冰可以在小行星帶中保存。」

這項研究的結果已經在《自然》(Nature)雜誌上發表。然而,此次新發現更大的驚喜是雷德彗星上探測不到二氧化碳。

通常,彗星中的揮發性物質約有10%是二氧化碳,這些物質可以很容易地被太陽的熱量蒸發。科學團隊提出了二氧化碳缺失的兩種可能解釋。一種可能性是雷德彗星在形成時含有二氧化碳,但因溫度升高而逐漸消失。

凱利解釋說,「在小行星帶中待久了可能會這樣——二氧化碳比水冰更容易蒸發,可以在幾十億年後逸出。」另一種可能性是雷德彗星在太陽系一個特別暖和的區域形成,該區域沒有二氧化碳。

美國天文學研究協會(AURA)的天文學家海蒂‧哈梅爾(Heidi Hammel)表示,未來的研究將擴展到雷德彗星之外,觀察其它主帶彗星的狀況。

哈梅爾表示:「小行星帶中的這些天體小且暗,有了韋伯,我們終於可以看到它們的情況並得出一些結論。其它主帶彗星是否也缺乏二氧化碳?無論哪種方式,找出答案都會令人興奮。」

米拉姆則進一步思考。她說,「既然韋伯已經確認在小行星帶附近有水存在,那麼通過取樣任務來進一步研究這一發現,並了解主帶彗星還能告訴我們什麼,這將是一件非常有趣的事情。」