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卡西尼截获外星尘埃
环绕土星探测的卡西号飞船,截获了来自太阳系外的星际入侵者——并不是什么外星飞船,而是几十粒来自星际空间的尘埃颗粒。对这些尘埃所作的化学成分分析还让天文学家大吃了一惊。
频道编辑:editor01 时间:2017-04-05

环绕土星探测的卡西号飞船,截获了来自太阳系外的星际入侵者——并不是什么外星飞船,而是几十粒来自星际空间的尘埃颗粒。它们的速度、轨迹和化学成分,都与土星周围的冰质颗粒截然不同。图片来源:NASA/JPL-Caltech

环绕土星飞行的卡西尼号探测器有了新的发现。令人惊奇的是,这次的新发现跟土星没什么关系,甚至跟我们的太阳系都没太大的关系——卡西尼号捕捉到了来自太阳系外的尘埃,证据虽然不太多,但是确凿无疑。

卡西尼号探测器已经环绕土星飞行了12年,一直在研究这颗自带光环的气态巨行星,以及它形态各异的天然卫星。卡西尼号还携带了宇宙尘埃分析仪,捕捉到了成百上千万颗富含水冰的尘埃颗粒,其中绝大多数都来源于有着活跃冰喷泉活动的冰质卫星土卫二(Enceladus),这些颗粒构成了土星光环中位置靠近外侧的一条光环。

在卡西尼号捕捉到的这些尘埃颗粒中,有36颗显得鹤立鸡群——科学家得出结论认为,它们来源于太阳系以外。

太阳系里存在外星尘埃,这一点倒并不算是完全出乎意料。上世纪90年代,欧洲空间局(ESA)和美国航天局(NASA)合作的尤利西斯号太阳探测器(Ulysses)就首次实地发现过星际尘埃,后来又得到了NASA伽利略号木星探测器(Galileo)的证实。

这些尘埃可以追溯到所谓的“本星际云”(local interstellar cloud),这团气体和尘埃云几乎与真空无异,我们的太阳系正以特定的方向和速度在其中穿越而过。

太阳在本星际云中穿行,反过来,星际云中的尘埃颗粒也会以特定的速度和方向闯入太阳系中。图片来源:ESA

欧洲空间局卡西尼项目科学家、这一新发现的主要作者尼古拉斯·阿尔托贝利(Nicolas Altobelli)说,“基于以前的这些发现,我们一直希望我们也能借助卡西尼号探测器在土星周围截获这些星际入侵者:我们知道,如果我们在正确的方向上寻找,我们就应该能够找到它们。”

“而事实也确实如此,平均而言,我们每年都会捕捉到几粒这样的尘埃,以极高的速度沿着特定的路线穿行,与通常我们在土星周围捕捉到的冰颗粒完全不同。”

这些细小的尘埃颗粒在太阳系里穿行的速度超过72000千米/小时,速度之快使得它们不可能被土星甚至太阳的引力束缚在我们的太阳系之中。

而重点在于,卡西尼号第一次具备了分析这些尘埃颗粒化学成分的能力,这是尤利西斯号和伽利略号做不到的。卡西尼号的分析表明,这些外星尘埃由一系列矿物按非常独特的比例混合而成,而非由冰构成。

出人意料的是,这些尘埃颗粒的化学构成惊人地相似,主要由构成岩石的那些元素组成,比如镁、硅、铁和钙,所占比例与这些元素在宇宙中的平均比例相同。相反的是,化学性质更为活跃的元素,比如硫和碳,在星际尘埃颗粒中所含比例却远远低于宇宙中这些元素的平均值。

卡西尼号尘埃分析仪的合作研究员、这一新发现的合作者、德国海德堡大学的弗兰克·波斯柏格(Frank Postberg)说,“宇宙尘埃是恒星死亡时产生的,但宇宙中有大量不同类型的恒星,因此我们自然而然地预期,在卡西尼号漫长的任务期间,我们应该会偶遇到大量不同类型的尘埃。”

海德堡大学的另一位合作者马里奥·特雷洛夫(Mario Trieloff)说,“我们曾在远古陨石中找到过古老的原始星尘颗粒,它们的化学成分各不相同。然而出乎意料的是,卡西尼号截获的这些尘埃颗粒并非如此。它们明显是通过星际介质中反复发生且相对而言始终如一的某种过程形成的。”

研究团队推测,在恒星形成的区域,垂死的恒星发出的激波可能会反复影响星际尘埃,多次摧毁它们然后再让它们重新凝结,最终形成了闯入我们太阳系里的这些化学成分相似的尘埃颗粒。

尼古拉斯补充说,“卡西尼号探测器漫长的任务期限,使得我们能够把它当成是一座微陨石观测站,给我们提供了有利的武器来研究太阳系外尘埃的分布,而这些知识是任何其他方法都无法获得的。”

描述这一新发现的论文,今天(4月15日)发表在《科学》(Science)杂志上。(编辑:Steed

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