冰冷的矮行星厄里斯(Eris)和鸟神星(Makemake)上的内部地球化学活动证据表明，它们可能存在地下海洋，这挑战了之前关于这些遥远世界寒冷而惰性的观点。詹姆斯·韦伯太空望远镜使这一发现成为可能，为研究行星的可居住性和柯伊伯带天体的动态特性开辟了新的途径。
由西南研究所联合领导的一个研究小组发现了位于柯伊伯带的冰冷矮行星厄里斯和Makemake中存在热液或变质过程的迹象。甲烷在其表面的存在显示出其岩石内部温暖或潜在热的地球化学活动的特征，与在彗星上发现的甲烷特征明显不同。
“我们在寒冷的地方看到了一些有趣的热时期迹象，”SwRI的克里斯托弗·格莱因博士说，他是行星地球化学专家，也是一篇关于这一发现的论文的主要作者。“我进入这个项目时认为，大型柯伊伯带天体(kbo)应该有古老的表面，上面应该有继承自原始太阳星云的物质，因为它们的冷表面可以保存甲烷等挥发物。相反，詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)给了我们一个惊喜!我们发现有证据表明厄里斯和鸟神星内部的热过程产生了甲烷。
柯伊伯带及其居民
柯伊伯带是一个巨大的甜甜圈形状的冰体区域，位于太阳系边缘海王星轨道之外。厄里斯和造神星的大小与冥王星及其卫星卡戎相当。这些天体很可能形成于太阳系历史的早期，大约45亿年前。由于远离太阳的热量，柯伊伯带天体被认为是寒冷、死亡的天体。JWST最新发表的研究成果首次观测到了厄里斯和鸟神星表面的同位素分子。这些所谓的同位素物是含有中子数不同的原子的分子。它们提供的数据对理解行星演化很有用。
SwRI的科学家们使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据来模拟地下地热过程，这可以解释甲烷是如何在遥远的柯伊伯带的两颗矮行星厄里斯和鸟神星表面结束的。这幅插图指出了三种可能性，其中包括在太阳系边缘远离太阳热量的冰冷天体中存在液态水的可能性。资料来源:西南研究院
JWST团队测量了矮行星表面的组成，特别是甲烷中氘(重氢，D)与氢(H)的比例。氘被认为是在宇宙大爆炸中形成的，而氢是宇宙中最丰富的原子核。行星上的D/H比值提供了关于含氢化合物的起源、地质历史和形成途径的信息。
“我们用JWST观察到的适中的D/H比掩盖了古老表面上原始甲烷的存在。原始甲烷的D/H比值要高得多。相反，D/H比值指出了深层内部产生的甲烷的地球化学起源。D/H比率就像一个窗口。从某种意义上说，我们可以用它来窥探地下。我们的数据表明，这些行星的岩石核心温度升高，因此甲烷可以被煮熟。分子氮(N2)也可以产生，我们在厄里斯上看到了。炽热的地核也可能指向它们冰冷表面下液态水的潜在来源。”
对可居住性和未来探索的影响
在过去的二十年里，科学家们已经了解到，冰冷世界的内部进化程度可能比以前认为的要高得多。在几个冰冷的卫星上发现了地下海洋的证据，比如土星的卫星土卫二和木星的卫星木卫二。液态水是决定行星宜居性的关键因素之一。厄里斯和鸟神星内部存在海洋的可能性是科学家们未来几年要研究的问题。如果其中任何一个适合居住，那么它将成为太阳系中可能支持生命的最遥远的世界。寻找内部驱动过程的化学指标使他们朝着这个方向迈出了一步。
由西南研究所联合领导的一个小组在冰冷的矮行星厄里斯和Makemake深处发现了热液或变质活动的证据(艺术插图)。厄里斯和造神星位于柯伊伯带，这是太阳系边缘海王星轨道之外的一个巨大的甜甜圈状冰体区域，其大小与冥王星及其卫星卡戎相当。资料来源:西南研究院
洛厄尔天文台(Lowell Observatory)的天文学家威尔·格朗迪(Will Grundy)博士是格莱因的合著者之一，也是一篇论文的主要作者之一。他说:“如果厄里斯和Makemake的岩石内核中存在，或者可能仍然存在温暖甚至炽热的地球化学物质，那么冰冻火山过程可能会将甲烷输送到这些行星的表面，这可能发生在地质学上较近的时期。”“我们发现了碳同位素比率(13C/12C)，表明它是在相对较近的时间内重新铺设的。”
这项工作是行星科学范式转变的一部分。越来越多的人认识到，冰冷的世界内心可能是温暖的。为这项研究开发的模型还指出，土星的卫星土卫六上也有地热气体的形成，土卫六上也有丰富的甲烷。此外，厄里斯和鸟神星上意外活动的推断强调了内部过程在形成我们在大型柯伊伯带天体上看到的东西中的重要性，这与冥王星的发现是一致的。
格莱因说:“在新视野号飞越冥王星系统之后，有了这一发现，柯伊伯带在承载动态世界方面比我们想象的要活跃得多。”“现在开始考虑派一艘宇宙飞船飞过另一个这样的天体，把JWST的数据放在地质背景下，还为时过早。我相信我们会被等待我们的奇迹惊呆的!”
参考文献:《厄里斯和Makemake上甲烷冰的中等D/H比作为其内部热液或变质过程的证据:地球化学分析》，作者:Christopher R. Glein, William M. Grundy, Jonathan I. Lunine, Ian Wong, Silvia Protopapa, Noemi Pinilla-Alonso, John A. Stansberry, Bryan J. Holler, Jason C. Cook和Ana Carolina Souza-Feliciano, 2024年2月8日，伊卡鲁斯。DOI: 10.1016 / j.icarus.2024.115999
