[科普中國]-月球、火星、木星探索新進展

隨著深空探測和新時代天文學的飛速發(fā)展，我們對太陽系內外天體的認識也在發(fā)生著飛速的變化。近幾年，科學家們有哪些新發(fā)現呢？

月球：“水冰月”實錘

通過對月船1號搭載的月球礦物繪圖儀（簡稱M3）數據的分析，夏威夷大學的李帥團隊在月球南北緯70°以上的永久陰影區(qū)中確認發(fā)現了多處含有水冰的區(qū)域，這是**科學家們首次在月球發(fā)現水冰存在的直接證據。**這一成果發(fā)表于2018年8月20日的《美國科學院院刊》[1]。

月球南北極區(qū)含有水冰的位置（天藍色點），底圖的灰度代表表面溫度，顏色越深就越冷。（圖片來源：NASA [2]）

這一發(fā)現既證明了長久以來對月球極區(qū)永久陰影區(qū)中可能有水冰的猜測，也證實了月球并不像我們曾經認為的那樣是完全干燥的。至此，月球終于加入了太陽系水冰大禮包，成為內太陽系中除了金星之外的最后一個確認發(fā)現水冰的大天體。

火星

**1.**地下冰層

2018年1月12日，《科學》雜志發(fā)表了美國地質調查局（USGS）Colin M. Dundas團隊的發(fā)現。他們通過火星勘測軌道飛行器（MRO）的影像和光譜數據，首次在火星中緯地區(qū)發(fā)現了大量純凈的地下水冰[3]。這些地下水冰層不僅可以幫助我們追溯火星歷史上的氣候變化，也有望作為將來登陸火星的宇航員和火星移民的補給來源。

中緯的斷崖中暴露出的純凈水冰。（圖片來源：[3]）

**2.**復雜有機物

2018年6月8日，《科學》雜志發(fā)表了來自NASA哥達德空間飛行中心Jennifer L. Eigenbrode團隊和NASA噴氣動力實驗室Christopher R. Webster團隊的兩篇論文。前者通過好奇號的鉆孔采樣數據分析，首次在火星的古老泥巖中發(fā)現多種噻吩（C4H4S）類和其他芳香族、脂肪族等復雜有機物[4]；后者通過好奇號火星車對跨度達3個火星年（約6個地球年）期間的火星甲烷含量的觀測，證實火星上的甲烷含量有季節(jié)性變化[5]。這兩大發(fā)現雖然還不足以證明火星上曾經或者現在有生物存在，但也都不能排除生物成因的可能性。

（左）好奇號首次發(fā)現噻吩等復雜有機物。改編自：NASA。（右）好奇號探測到的甲烷季節(jié)性變化。改編自[5]

**3.**冰下湖的發(fā)現

2018年7月25日，《科學》雜志發(fā)表了意大利天體物理研究所的羅伯特·奧羅塞團隊的最新結果。他們通過火星快車號探測器的MARSIS雷達數據，發(fā)現火星南極的冰蓋之下1.5公里深處很可能有液態(tài)鹽水湖，延伸范圍約有20公里[6]。

可能的液態(tài)水湖所在的區(qū)域（右圖藍色三角區(qū)域內）（圖片來源：ESA和參考文獻[6]）

越來越多的觀測結果告訴我們，火星、谷神星、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、土衛(wèi)二、土衛(wèi)六，甚至冥王星…它們的冰層之下很可能都有鹽水湖泊或海洋，太陽系并不是干涸的沙漠，而是蘊藏著數不清的生命之源。

木星：朱諾號的捷報

2018年3月8日，《自然》雜志一次發(fā)表了四篇論文，介紹了朱諾號前6個周期的探測結果。通過這些探測數據，我們對木星的重力場、內部結構、中低緯的條帶、南北極的氣旋都有了更為深入的了解[7-10]。

朱諾號近紅外波段數據揭示的木星南極區(qū)域的氣旋分布。顏色越深表示溫度越低（云越多）。（圖片來源：NASA）

轉眼，朱諾號順利工作了3年半，還在繼續(xù)為我們揭開更多關于遙遠、神秘而氣象磅礴的木星的秘密。

木星云層之上，拍攝于2017年12月16日。（圖片來源：NASA）

來自遙遠星系的使者：“冰立方”探測到中微子

2017年9月22日，“冰立方”團隊探測到了一次極高能中微子事件，在這顆中微子的來源方向上，剛好有一個正處在活躍狀態(tài)的“耀變體”（blazar），科學家們認為這就是本次觀測到的極高能中微子的源頭——這是人們首次確認中微子的銀河系外來源體。在此之前，人類只確認過兩個中微子源天體：太陽和超新星1987A。由于中微子是宇宙射線作用的產物之一，因此這也意味著這很可能是人們首次找到宇宙中高能射線的來源體。這一結果發(fā)表于2018年7月13日的《科學》雜志[11]。

中微子這種極輕極小的粒子極難被探測到，探測到本次中微子事件的裝置叫做“冰立方”（IceCube）：在南極厚厚的冰層之下1450-2450米之間的不同深度處，安置了60個用于探測中微子產物信號的光學傳感器，構成了一個大約覆蓋一立方公里范圍的傳感器陣列。

南極冰下的探測裝置——冰立方。（圖片來源：JAMIE YANG AND SAVANNAH GUTHRIE/ICECUBE/NSF[22]）

事實上，在冰立方團隊9月22日探測到中微子之后，是包括專門監(jiān)測高能伽馬射線的費米衛(wèi)星、美國的 “央斯基甚大陣” 射電望遠鏡、日本的 “昴星團”光學望遠鏡等多種觀測手段和儀器加入了進來，一同尋找和確認來源，才最終鎖定了這個耀變體。因此，這次中微子事件也標志著多信使天文學新的里程碑。這一成果入選了《科學》雜志的“2018年十大突破”榜單[12]。

當然，這些其實只是近年來科學發(fā)現的冰山一角，而且，科學家們還在孜孜不倦地探索新的未知之謎。

未來可期！

參考文獻：

[1] Li, S., Lucey, P. G., Milliken, R. E., Hayne, P. O., et al. (2018). Direct evidence of surface exposed water ice in the lunar polar regions. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(36), 8907-8912.

[2] https://www.nasa.gov/feature/ames/ice-confirmed-at-the-moon-s-poles

[3] Dundas, C. M., Bramson, A. M., Ojha, L., et al. (2018). Exposed subsurface ice sheets in the Martian mid-latitudes. Science, 359(6372), 199-201.

[4] Eigenbrode, J. L., Summons, R. E., Steele, A., et al. (2018). Organic matter preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale crater, Mars. Science, 360(6393), 1096-1101.

[5] Webster, C. R., Mahaffy, P. R., Atreya, S. K., et al. (2018). Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations. Science, 360(6393), 1093-1096.

[6] Orosei, R., Lauro, S. E., Pettinelli, E., et al. (2018). Radar evidence of subglacial liquid water on Mars. Science, 361(6401), 490-493.

[7] Adriani, A. et al. (2018). Clusters of cyclones encircling Jupiter’s poles. Nature 555, 216–219.

[8] Kaspi, Y. et al. (2018). Jupiter’s atmospheric jet streams extend thousands of kilometres deep. Nature 555, 223–226.

[9] Iess, L. et al. (2018). Measurement of Jupiter’s asymmetric gravity field. Nature 555, 220–222.

[10] Guillot, T. et al. (2018). A suppression of differential rotation in Jupiter’s deep interior. Nature 555, 227–230.

[11] IceCube Collaboration. (2018). Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A. Science, 361(6398), eaat1378.

[12] http://science.sciencemag.org/content/362/6421/1346