土卫六神秘的"魔法岛" - 土星最大卫星上的蜂窝状碳氢化合物冰山

土卫六神秘的"魔法岛"-土星最大卫星上的蜂窝状碳氢化合物冰山艺术家描绘的土卫六地貌包括朦胧的大气层、黑暗的沙丘以及与地球相似的镜面般光滑的湖泊和海洋。在这些液态碳氢化合物体上，新的研究表明，"魔幻岛屿"的出现可能是由漂浮的有机固体造成的。图片来源：NASA/JPL这项研究发表在《地球物理研究快报》（GeophysicalResearchLetters）上，该杂志是美国地球物理学会（AGU）的期刊，刊载影响大、篇幅短、对地球和空间科学有直接影响的报告。土卫六独特的大气层和表面土星最大的卫星土卫六笼罩着朦胧的橙色大气层，其厚度比地球厚50%，富含甲烷和其他碳基分子或有机分子。土卫六表面覆盖着有机物组成的深色沙丘以及液态甲烷和乙烷的海洋。更奇特的是，在雷达图像中，这些海洋表面的亮点不断变化，可持续几小时到几周甚至更长时间。雷达穿透土卫六厚厚的烟雾，揭示了月球北极地区的湖泊和大片海洋，这是卡西尼号飞船拍摄的照片。人们看到瞬时亮点--"魔岛"在莱吉亚马雷上出现和消失。图片来源：中间，NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS；左右，NASA/ESA。致谢：T.Cornet,ESA神奇群岛之谜科学家们在2014年的卡西尼-惠更斯号飞行任务中首次发现了这些短暂的"魔幻岛屿"，此后一直试图弄清它们到底是什么。之前的研究表明，它们可能是海浪造成的岛状幻影，也可能是由悬浮固体、漂浮固体或氮气气泡构成的真实岛屿。这项新研究的主要作者、行星科学家于新亭（XintingYu）想知道，仔细研究土卫六大气、液态湖泊和沉积在月球表面的固体物质之间的关系，是否能揭示这些神秘岛屿的成因。"我想研究一下这些神奇的岛屿是否真的是漂浮在海面上的有机物，就像地球上的浮石一样，可以漂浮在水面上，最后沉入海底，"于说。奇异的有机世界土卫六的上层大气稠密地分布着各种有机分子。这些分子会凝结在一起，结成冰，然后掉落到月球表面--包括掉落到光滑得可怕的液态甲烷和乙烷的河流和湖泊中，波浪只有几毫米高。于和她的团队对这些有机团块到达土卫六碳氢化合物湖后的命运很感兴趣。它们会下沉还是上浮？研究浮动理论为了找到答案，研究小组首先研究了土卫六的有机固体是否会简单地溶解在月球的甲烷湖中。由于湖泊中的有机颗粒已经饱和，研究小组确定，下落的固体在到达液体中时不会溶解。"为了让我们看到魔法岛，它们不能只漂浮一秒就沉下去，"于说。"它们必须漂浮一段时间，但也不能永远漂浮。"土卫六的湖泊和海洋主要是甲烷和乙烷，这两种物质的表面张力都很低，因此固体很难漂浮起来。模型表明，大多数冰冻固体密度太大，表面张力太低，无法形成土卫六的神奇岛屿，除非这些固体团块像瑞士奶酪一样多孔。研究人员发现，如果冰团足够大，并且具有适当比例的孔和窄管，液态甲烷就能缓慢渗入，从而使冰团在地表徘徊。神奇群岛的形成建模表明，单个团块可能太小，无法自行漂浮。但是，如果有足够多的团块在海岸附近聚集在一起，较大的团块就会断裂并漂浮起来，这与地球上冰川的形成过程类似。这些有机冰川结合了更大的体积和适当的孔隙度，可以解释魔岛现象。除了神奇的岛屿之外，土卫六的海洋和湖泊上还覆盖着一层薄薄的冰冻固体，这可以解释液态天体异常光滑的原因。因此，这项研究的发现可以解释土卫六的两个谜团。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415567.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415567.htm

韦伯太空望远镜透视原行星盘 发现其中存在大量碳氢化合物

韦伯太空望远镜透视原行星盘发现其中存在大量碳氢化合物一颗低质量恒星周围的原行星盘的艺术印象。它描述了在ISO-ChaI147周围的盘中探测到的部分碳氢化合物分子（甲烷，CH4；乙烷，C2H6；乙烯，C2H2；二乙炔，C4H2；丙炔，C3H4；苯，C6H6）。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/MPIAVLMS周围行星形成的效率行星是在围绕年轻恒星运行的气体和尘埃盘中形成的。观测结果表明，在超低质量恒星（VLMSs）--质量小于0.3太阳质量的恒星--周围，形成陆地行星比形成气态巨行星更有效率。虽然以前对质量较大的恒星周围内盘区域的化学成分进行过研究，但对极低质量恒星周围内盘区域的研究却很少。韦伯中红外仪器（MIRI）显示的光谱是迄今为止在原行星盘中看到的最丰富的碳氢化合物化学成分，包括13种含碳分子，最高可达苯。其中包括首次在太阳系外探测到的乙烷（C2H6），这是太阳系外探测到的最大的完全饱和碳氢化合物。由于全饱和碳氢化合物预计是由更基本的分子形成的，在这里探测到它们为研究人员提供了有关化学环境的线索。研究小组还首次在原行星盘中成功探测到乙烯（C2H4）、丙炔（C3H4）和甲基自由基CH3。该图突出显示了乙烷（C2H6）、甲烷（CH4）、丙炔（C3H4）、氰乙炔（HC3N）和甲基自由基CH3的探测结果。资料来源：NASA、ESA、CSA、R.Crawford（STScI）AdityaArabhavi及其同事利用JWST的中红外光谱仪研究了ISO-ChaI147周围行星形成盘的化学成分，ISO-ChaI147是变色龙一号恒星形成区中一颗年轻的、太阳质量为0.11的恒星。研究人员发现，这颗恒星周围的内盘区域具有丰富的碳化学成分，包括乙烷和苯在内的13种含碳分子。碳氢化合物分子的丰富程度与所观测到的含氧分子的缺乏形成了鲜明对比，这表明该区域的碳氧比值大于1。据研究小组称，这种高碳/氧比率表明磁盘内物质的径向迁移，很可能会影响在磁盘内形成的任何行星的主体成分。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435452.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435452.htm

韦伯望远镜探测到附近系外行星WASP-107b的水蒸气、二氧化硫和沙云

韦伯望远镜探测到附近系外行星WASP-107b的水蒸气、二氧化硫和沙云艺术家印象中的WASP-107b及其母恒星。图片来源：插图：比利时LUCA艺术学院/KlaasVerpoest（视觉），JohanVanLooveren（排版）。AchrèneDyrek（法国原子能委员会和巴黎城市大学）、MichielMin（荷兰SRON）、LeenDecin（比利时鲁汶大学）/欧洲MIRIEXOGTO小组/欧空局/美国国家航空航天局（NASA）全世界的天文学家正在利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）上搭载的中红外仪器（MIRI）的先进功能，对系外行星--围绕太阳以外的恒星运行的行星--进行突破性的观测。鲁汶大学天文学研究所的研究人员共同领导的欧洲天文学家小组观测到了这颗独特的气态系外行星WASP-107b。这颗行星的质量与海王星相似，但体积却比海王星大得多，几乎接近木星的大小。与太阳系内的气态巨行星相比，WASP-107b的这一特点使其显得相当"蓬松"。与木星等太阳系巨行星的探测深度相比，这颗系外行星的蓬松度使天文学家能够深入其大气层大约50倍。WASP-107b是一颗独特的气态系外行星，它围绕着一颗比太阳温度稍低、质量稍小的恒星运行。深入的大气分析欧洲天文学家小组充分利用了这颗系外行星非凡的蓬松度，使他们能够深入观察它的大气层。这个机会为揭开其大气层复杂的化学成分打开了一扇窗。这背后的原因非常简单：在密度较低的大气层中，信号或光谱特征要比在密度较高的大气层中突出得多。他们最近在《自然》杂志上发表的研究报告揭示了水蒸气、二氧化硫（SO2）和硅酸盐云的存在，但值得注意的是，没有发现温室气体甲烷（CH4）的踪迹。这些探测结果为了解这颗迷人系外行星的动力学和化学性质提供了重要信息。首先，甲烷的缺失暗示着这颗行星内部可能是温暖的，这为我们了解热能在行星大气中的流动提供了一个诱人的窗口。其次，二氧化硫（因有火柴烧焦的气味而闻名）的发现也是一大惊喜。以前的模型曾预测不存在二氧化硫，但WASP-107b大气层的新型气候模型现在表明，WASP-107b的蓬松度本身就能在其大气层中形成二氧化硫。尽管它的宿主恒星由于温度较低而发射出的高能光子相对较少，但由于其蓬松的特性，这些光子可以深入到行星的大气层中。这使得产生二氧化硫所需的化学反应得以发生。由JWST上的中红外仪器（MIRI）的低分辨率光谱仪（LRS）捕捉到的暖海王星系外行星WASP-107b的透射光谱显示了该行星大气层中存在水蒸气、二氧化硫和硅酸盐（沙）云的证据。资料来源：MichielMin/EuropeanMIRIEXOGTOteam/ESA/NASA云的组成和动力学但这并不是他们观测到的全部。与无云的情况相比，二氧化硫和水蒸气的光谱特征都明显减弱。高空云层部分遮挡了大气中的水蒸气和二氧化硫。虽然其他系外行星上也有云层的推断，但这是天文学家第一次能够明确确定这些云层的化学成分。在这种情况下，云层由小硅酸盐颗粒组成，这是一种人类熟悉的物质，在世界许多地方都能找到，是沙子的主要成分。"JWST正在彻底改变系外行星的特征描述，以惊人的速度提供前所未有的洞察力，"领衔作者、鲁汶大学的LeenDecin教授说。"JWST的近红外成像仪在这颗蓬松的系外行星上发现了沙子、水和二氧化硫云，这是一个关键的里程碑。它重塑了我们对行星形成和演化的理解，为我们自己的太阳系带来了新的曙光"。欧洲天文学家小组深入观察WASP-107b的蓬松大气层，不仅发现了水蒸气和二氧化硫，甚至还发现了硅酸盐沙云。图片来源：插图：比利时LUCA艺术学院/KlaasVerpoest（视觉），JohanVanLooveren（排版）。科学：AchrèneDyrek（法国原子能委员会和巴黎城市大学）、MichielMin（荷兰SRON）、LeenDecin（比利时鲁汶大学）/欧洲MIRIEXOGTO小组/欧空局/美国宇航局温度和云的形成在地球大气中，水在低温下会凝结成冰，而在温度达到1000摄氏度（约1800华氏度）左右的气态行星中，硅酸盐颗粒会凝结成云。然而，WASP-107b的外层大气温度约为500摄氏度（约900华氏度），根据传统模型的预测，这些硅酸盐云应该是在大气深处形成的，那里的温度要高得多。此外，大气深处的沙云会下雨。那么，这些沙云怎么可能存在于高空并持续存在呢？领衔作者米希尔-闵（MichielMin）博士说："我们在高空看到这些沙云的事实肯定意味着，沙雨水滴在更深的高温层中蒸发，产生的硅酸盐蒸汽被有效地移回高空，在那里重新凝结，再次形成硅酸盐云。这与我们地球上的水蒸气和云的循环非常相似，但水滴是由沙子构成的"。WASP-107b的大气中之所以会持续存在沙云，就是因为这种通过垂直传输不断升华和凝结的循环。詹姆斯-韦伯太空望远镜旨在研究系外行星的大气层，从而确定这些行星是否适合居住或是否含有生物特征。资料来源：诺斯罗普-格鲁曼公司系外行星研究的进展这项开创性的研究不仅揭示了WASP-107b的奇异世界，还推动了我们对系外行星大气的认识。它标志着系外行星探索的一个重要里程碑，揭示了这些遥远世界上化学物质和气候条件之间错综复杂的相互作用。"JWST使我们能够对太阳系中没有任何对应的系外行星进行深入的大气表征，我们正在揭开新世界的面纱！"主要作者、巴黎CEA的AchrèneDyrek博士说。近红外成像仪的设计与开发得益于比利时联邦科学政策办公室BELSPO通过欧空局PRODEX计划提供的资金，比利时工程师和科学家在MIRI仪器的设计和开发过程中发挥了关键作用，其中包括列日空间中心（CSL）、泰雷兹阿莱尼亚航天公司（沙勒罗瓦）和OIP传感器系统公司（欧德纳德）。在鲁汶工程大学天文学研究所，仪器科学家在英国实验室、美国宇航局戈达德中心和美国宇航局约翰逊航天中心模拟太空环境的特殊测试舱中对MIRI仪器进行了广泛测试。与欧洲和美国的同事们一起，我们已经建造和测试了近20年的MIRI仪器。仪器专家、鲁汶大学的BartVandenbussche博士说："看到我们的仪器揭开这颗引人入胜的系外行星大气层的面纱，我们感到非常有成就感。"德国马克斯-普朗克天文研究所的JeroenBouwman博士说："这项研究综合了对JWST观测数据进行的多项独立分析的结果，不仅体现了我们多年来在MIRI仪器制造方面的投入，也体现了我们多年来在MIRI观测数据的校准和分析工具方面的投入。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397255.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397255.htm

NASA韦伯望远镜在尚未形成行星的早期原恒星中发现了多种分子与化合物

NASA韦伯望远镜在尚未形成行星的早期原恒星中发现了多种分子与化合物原恒星固相中存在复杂有机分子（COMs）是几十年前通过实验室实验首次预测到的，其他空间望远镜也对这些分子进行了初步探测。其中包括韦伯早期释放科学冰河时代计划，该计划在迄今为止测量到的分子云中最黑暗、最寒冷的区域发现了多种多样的冰。韦伯望远镜的新发现现在，作为"JOYS+"（詹姆斯-韦伯观测年轻原恒星）计划的一部分，利用韦伯中红外成像仪（MIRI）前所未有的光谱分辨率和灵敏度，这些COM被逐一识别出来，并证实它们存在于星际冰层中。这包括在固相中检测到乙醛、乙醇（我们所说的酒精）、甲酸甲酯以及可能的乙酸（醋中的酸）。这张照片是由韦伯的中红外成像仪（MIRI）拍摄的，拍摄的是与被称为IRAS23385的大质量原恒星平行的区域。图片来源：ESA/韦伯、NASA、CSA、W.Rocha等人（莱顿大学）"这一发现有助于解决天体化学中一个长期存在的问题，"团队负责人、荷兰莱顿大学的威尔-罗查（WillRocha）说。"COMs在太空中的起源是什么？它们是在气相还是在冰中产生的？在冰中探测到COMs表明，冷尘粒表面的固相化学反应可以生成复杂的分子"。固相COM的意义由于包括本研究在固相中探测到的COM在内的几种COM以前都是在暖气相中探测到的，因此现在认为它们源于冰的升华。所谓升华，就是直接从固态变成气态，而不变成液态。因此，在冰中探测到COMs使天文学家对更好地了解太空中其他更大分子的起源充满希望。哈罗德-林纳茨（HaroldLinnartz）多年来一直领导着莱顿的天体物理学实验室，并负责协调本研究中所用数据的测量工作。莱顿大学的EwinevanDishoeck是JOYS+计划的协调人之一，他分享说："哈罗德特别高兴的是，在COM任务中，实验室工作可以发挥重要作用，因为它已经走过了漫长的历程。一个国际科学家小组利用NASA/ESA/CSA詹姆斯-韦伯太空望远镜，在两颗原恒星周围发现了大量复杂的含碳（有机）分子。该图显示了两颗原恒星之一IRAS2A的光谱。它包括固相中乙醛、乙醇、甲酸甲酯以及可能的乙酸的指纹。韦伯在那里探测到的这些分子和其他分子代表了制造潜在宜居世界的关键成分。资料来源：NASA、ESA、CSA、L.Hustak（STScI）科学家们还热衷于探索在原恒星演化的更晚阶段，这些COM在多大程度上被传送到行星上。与云层中的气体相比，冰层中的COM被更有效地传送到行星形成盘中。因此，彗星和小行星可以继承这些冰状COM，而这些彗星和小行星又可能与正在形成中的行星相撞。在这种情况下，COM可以被输送到这些行星上，有可能为生命的繁衍提供原料。科学小组还探测到了更简单的分子，包括甲烷、甲酸、二氧化硫和甲醛。特别是二氧化硫，使科学小组能够研究原恒星中的硫预算。此外，二氧化硫还具有前生物的意义，因为现有的研究表明，含硫化合物在推动原始地球的新陈代谢反应中发挥了重要作用。还检测到了负离子；它们是盐类的一部分，而盐类对于在更高温度下进一步发展复杂的化学性质至关重要。这表明冰层可能更加复杂，需要进一步研究。尤其令人感兴趣的是，所研究的其中一个星源IRAS2A被描述为一颗低质量的原恒星。因此，IRAS2A可能与我们太阳系的原始阶段有相似之处。如果是这样的话，在这颗原恒星中发现的化学物种可能就存在于我们太阳系发展的最初阶段，后来被送到了原始地球上。vanDishoeck说："随着原恒星系统的演化，冰物质被向内输送到行星形成盘，所有这些分子都可能成为彗星和小行星的一部分，并最终形成新的行星系统。我们期待着在未来几年里利用更多的韦伯数据一步步追踪这条天体化学线索。"莱顿天文台的PoonehNazari最近的其他工作也让天文学家们对发现冰的更多复杂性抱有希望，此前他从WebbNIRSpec数据中初步探测到了氰化甲酯和氰化乙酯。纳扎里说："令人印象深刻的是，韦伯现在让我们能够进一步探测冰的化学成分，直至氰化物的水平，而氰化物是前生物化学的重要成分。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425396.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425396.htm

韦伯望远镜的近红外成像仪发现了由复杂的有机分子组成的冰化合物

韦伯望远镜的近红外成像仪发现了由复杂的有机分子组成的冰化合物一个国际天文学家小组利用韦伯望远镜的中红外成像仪（MIRI）识别出了多种由乙醇（酒精）等复杂有机分子组成的冰化合物，还可能有醋酸（醋的一种成分）。这项工作建立在之前韦伯望远镜在寒冷、黑暗的分子云中探测到各种冰的基础上。这幅图像是由韦伯的中红外仪器（MIRI）拍摄的，拍摄的区域与被称为IRAS23385的大质量原恒星平行IRAS2A和IRAS23385（在这幅图像中看不到）是一个国际天文学家小组最近的研究目标，该小组利用韦伯望远镜发现，在行星尚未形成的早期原恒星中存在着制造潜在宜居世界的关键因素。借助近红外成像仪前所未有的光谱分辨率和灵敏度，JOYS+（詹姆斯-韦伯对年轻原恒星的观测）计划单独确定了已被证实存在于星际冰层中的有机分子。这包括在固相中有力地探测到乙醛、乙醇、甲酸甲酯，以及可能存在的乙酸。资料来源：ESA/Webb、NASA、CSA、W.Rocha等人（莱顿大学）复杂有机分子（COM）的起源是什么？由于包括本研究在固相中探测到的COM在内的几种COM以前都是在暖气相中探测到的，因此现在认为它们源于冰的升华。所谓升华，就是直接从固态变成气态，而不变成液态。因此，在冰中探测到COMs使天文学家对更好地了解太空中其他更大分子的起源充满希望。科学家们还热衷于探索，在原恒星演化的更晚阶段，这些COM在多大程度上被传送到行星上。与温暖的气态分子相比，冷冰中的COM被认为更容易从分子云转移到行星形成盘中。因此，这些冰COM可以被纳入彗星和小行星，而彗星和小行星又可能与正在形成的行星相撞，从而为生命的繁衍提供了可能。科学小组还检测到了更简单的分子，包括甲酸（会引起蚂蚁蜇伤的灼烧感）、甲烷、甲醛和二氧化硫。研究表明，二氧化硫等含硫化合物在推动原始地球的新陈代谢反应中发挥了重要作用。一个国际科学家小组利用NASA/ESA/CSA詹姆斯-韦伯太空望远镜，在两颗原恒星周围发现了大量复杂的含碳（有机）分子。该图显示了两颗原恒星之一IRAS2A的光谱。它包括固相中乙醛、乙醇、甲酸甲酯以及可能的乙酸的指纹。韦伯在那里探测到的这些分子和其他分子代表了制造潜在宜居世界的关键成分。资料来源：NASA、ESA、CSA、L.Hustak（STScI）类似于我们太阳系的早期阶段？尤其令人感兴趣的是，所研究的其中一个星源--IRAS2A--被描述为一颗低质量的原恒星。因此，IRAS2A可能类似于我们太阳系的早期阶段。因此，在这颗原恒星周围发现的化学物质很可能存在于太阳系发展的最初阶段，后来被输送到原始地球。科学计划协调人之一、莱顿大学的EwinevanDishoeck说："所有这些分子都可能成为彗星和小行星的一部分，并在原恒星系统演化过程中，当冰物质向行星形成盘内输送时，最终形成新的行星系统。我们期待着在未来几年里利用更多的韦伯数据逐步追踪这条天体化学线索。"这些观测是为JOYS+（詹姆斯-韦伯观测年轻原恒星）计划进行的。团队将这些成果献给团队成员哈罗德-林纳茨（HaroldLinnartz），他在本文被接受后不久于2023年12月意外去世。这项研究成果于3月13日发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy&Astrophysics）杂志上。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424201.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424201.htm

从熔岩到生命 科学家探究地球早期高度氧化的岩浆海洋

从熔岩到生命科学家探究地球早期高度氧化的岩浆海洋研究提供了有关早期地球大气层的新见解，表明它是由氧化态比以前认为的更高的岩浆海洋中的脱气挥发物形成的。研究发现，早期地球岩浆海洋的Fe3+含量是今天上地幔的十倍，从而形成了富含二氧化碳和二氧化硫的大气层。陆地行星的大气层一直被认为是由内部的挥发物脱气形成的，其成分主要受地幔氧化态的控制。要了解地幔氧化态，地幔中亚铁（Fe2+）和铁（Fe3+）的丰度是关键，因为地幔氧化态随这两种铁氧化物的相对丰度而变化。图像中心的明亮区域表示淬火金属熔体，周围的灰色区域表示淬火硅酸盐熔体。样品被封装在石墨囊中，在加热实验中转变为金刚石。资料来源：爱媛大学地球动力研究中心地幔氧化状态和研究结果日本爱媛大学领导的一项实验研究表明，在相当于下地幔深度的高压条件下，金属饱和岩浆中通过Fe2+的氧化还原歧化形成Fe3+的效率比以前想象的要高。在这一反应中，Fe3+和金属铁（Fe0）由2Fe2+生成，Fe0偏析到地核中增加了残余岩浆中Fe3+的含量及其氧化态。实验结果表明，地核形成时地球岩浆海洋中的Fe3+含量比现在的上地幔高出约一个数量级。对早期地球岩浆洋的影响这表明岩浆洋在地核形成后的氧化性比现在的地幔强得多，这种高氧化性岩浆的挥发物脱气形成的大气应该富含二氧化碳和二氧化硫。此外，作者还发现，根据地质记录的推断，估计的地球岩浆海洋氧化态可以解释40多亿年前的哈代岩浆的氧化态。由于生物分子在富含二氧化碳的大气中的形成效率相当低，作者推测地球形成后还原物质的后期增殖在提供生物可用有机分子和形成宜居环境方面发挥了重要作用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378841.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378841.htm