太空望远镜探测到许多小行星中的水

使用红外卫星AKARI，日本研究小组首次在多个小行星中检测到水合矿物形式的水。这一发现将有助于我们了解太阳系中水的分布，小行星的演化以及地球上水的来源。

调查结果由项目助理教授臼井文彦(神户大学理学研究科)领导，团队高级研究员Sunao Hasegawa，航空航天项目研究员Takafumi Ootsubo(日本宇宙航天研究所航天科学研究所)代理商)和Emeritus Takashi Onaka教授(东京大学理学研究科)。结果于12月17日在日本天文学会出版物的在线高级访问版中公布。

我们的地球是一颗水星，是我们太阳系中唯一一颗行星表面存在水的行星。但是，我们还不确定我们的地球是如何获得水的。最近的研究表明，我们太阳系中的其他天体已经或曾经以某种形式存在水。小行星被认为是将水带到地球的候选者之一。注意液态水不会在小行星表面流动，但是水作为水合矿物保留在小行星中，水合矿物是由小行星内部发生的水和无水岩石的化学反应产生的，即水变化。水合矿物质即使在水冰的升华温度以上也是稳定的。因此，通过寻找水合矿物，我们可以研究小行星是否有水。

红外波长包含各种物质的特征光谱特征，例如分子，冰和矿物质，这些物质在可见波长下无法观察到。因此，在红外波长下观察太阳系物体的研究是必不可少的。水合矿物质具有约2.7微米的诊断吸收特征。地球大气层中水汽和二氧化碳的吸收使我们无法用地面望远镜观察这一波长。绝对有必要从大气层外，即在太空中进行观测。然而，用星载望远镜观测的情况很少;1995年发射的红外空间天文台(ISO)对微弱的小行星和斯皮策太空望远镜的光谱学没有足够的灵敏度，在2003年推出，没有覆盖这个波长范围。因此，尚未充分了解小行星中含有多少水。

2006年2月发射的日本红外卫星AKARI配备了红外摄像机(IRC)，使我们能够获得2至5微米近红外波长的光谱。利用这一独特的功能，对66颗小行星进行了光谱观测，得到了它们的近红外光谱。这为研究波长为2.7微米的小行星中水合矿物的特征提供了第一次机会。

观察结果检测到吸收，这归因于17 C型小行星的水合矿物。C型小行星在可见波长处显得较暗，被认为富含水和有机物质，但目前使用AKARI的观测是首次直接证实这些小行星中水合矿物的存在。对于每个小行星，在大约2.7微米处检测到的吸收强度是不同的，并且一些小行星在3.1微米处显示出其他物质的吸收特征，例如水冰和富含氨的材料。

在更详细地研究C型小行星时，研究小组发现了最深吸收波长与2.7微米特征吸收深度之间的明确关系。这显示了在水合矿物被加热并逐渐失去水的过程中看到的趋势。加热能量可以通过太阳风等离子体，微陨石撞击或岩石中放射性同位素的衰变热来提供。陨石测量预测了这一趋势，但这是第一次在小行星中得到证实。许多C型小行星显示出这种趋势，表明C型小行星是由岩石和水冰的团聚形成的，然后在小行星内部发生水蚀，形成水合矿物，

另一方面，与C型小行星不同，岩石S型小行星被认为不含水。在目前的研究中，在大多数S型中没有检测到水合矿物质，但是新发现有少数小行星的特殊情况显示出水合矿物质的轻微迹象。在这种S型小行星中发现的水的迹象可能不是由C型水溶液改变产生的，而是由其他水合小行星的碰撞产生的，也就是说，它是产生水合矿物的外源性原因。偶尔会发生小行星相互碰撞。在太阳系形成的早期阶段，包括小行星在内的许多小型物体比现在大，并且碰撞事件必须更频繁。

这项研究证实了小行星中存在水。观测到的小行星的光谱显示出共同的模式。小行星的大小和太阳的距离可以被认为是产生光谱差异的重要因素。为了充分了解观测到的模式，有必要积累更多小行星的观测资料，并与地球上收集的陨石的测量结果进行比较。臼井博士评论说：“通过解决这个难题，我们可以朝着确定地球水源的方式迈出重要一步，揭开生命在地球上开始的秘密。”

AKARI于2011年11月完成了运营。为了下次利用星载望远镜在2.7微米波长下进行光谱分析的机会，我们将不得不等到美国国家航空航天局于2021年发射詹姆斯韦伯太空望远镜。

目前，日本小行星探险家Hayabusa2和美国OSIRIS-REx分别正在调查小行星(162173)Ryugu和(101955)Bennu。每个探险家都能够在2.7微米的范围内进行测量，以寻找水的特征。“原位”观测小行星与航天器可以提供有关陨石坑和地形的详细信息，地面和地球轨道望远镜无法揭示的方面。目前的结果有助于提高探险者获得的数据的科学价值，并详细了解小行星Ryugu和Bennu的特性。

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