北京
水星，這顆離太陽最近的行星，看起來是太陽系里最不應(yīng)該存在水冰的地方。從水星表面看太陽，它的大小幾乎是地球上看到的三倍。白天，這顆被炙烤的星球表面溫度能飆升到超過800華氏度——也就是大約427攝氏度。然而，早在上世紀(jì)90年代，地基望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)就顯示了一個反直覺的事實，后來被NASA的信使號探測器確認(rèn)：在水星兩極附近那些永遠照不到陽光的深邃撞擊坑里，竟然藏著大面積被凍結(jié)的水冰。這些冰究竟是怎么到達那里的，一直是個懸而未決的謎題。
現(xiàn)在，一項新的研究為一個主流的假說——也就是水冰由某次天體撞擊一次性帶來的假說——提供了模擬證據(jù)。不過，這個撞擊過程本身可能和我們直覺想的有點不一樣。研究人員推測，那很可能是一次“慢動作”撞擊，撞擊體并不是以極限高速砸上去的。更重要的是，正是這次單次但巨大的撞擊所創(chuàng)造的臨時大氣，像一把保護傘，讓寶貴的水分得以在極端嚴(yán)酷的日光下幸存，并迅速遷移到那些永恒的陰影里。研究結(jié)果暗示，水星上今天我們看到的大部分冰，很可能是由一次富含揮發(fā)物的大型碰撞在短短176個地球日——也就是一個水星日之內(nèi)——就迅速擴散并沉積完成的。
為了搞清楚這個想法，由馬里蘭州約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的科學(xué)家帕瓦西·普雷姆共同領(lǐng)導(dǎo)的團隊，借助計算機模擬，重現(xiàn)了一次類似水星上著名撞擊坑——北齋坑——形成時的撞擊事件。北齋坑是水星北半球一個顯眼的、寬約97公里的撞擊坑，以其從撞擊點輻射出數(shù)千公里的明亮碎片痕跡而聞名。那些碎片，是撞擊時從水星地表之下被拋射出來的物質(zhì)。研究團隊模擬了一個與北齋坑尺度相匹配的撞擊場景：一個直徑約17公里的小天體，以高達每秒30公里的速度撞向水星。
“水星上的水，在一次撞擊后是如何被運輸和重新分布的？”研究人員在論文中拋出了這個核心問題。他們緊接著指出：“這里展示的結(jié)果表明，答案在一定程度上取決于撞擊的規(guī)模。”模擬結(jié)果揭示了一個相當(dāng)驚人的“速凍”過程。在撞擊發(fā)生后僅一個多小時，撞擊產(chǎn)生的致密水蒸氣就已經(jīng)快速膨脹，形成了一層臨時的大氣，完全包圍了整個水星。
這層由水蒸氣組成的臨時大氣，不僅僅是一個擴散現(xiàn)象，它更扮演了一個至關(guān)重要的保護角色。研究人員解釋說，這層濃密的水蒸氣云就像一個臨時的盾牌，有效阻擋了太陽強烈的紫外線輻射。要知道，正是這種高能輻射，通常會迅速將水分子分解，讓它們在尚未找到庇護所之前就消散于太空中。而這層水汽自身的遮蔽，減緩了水分子的這種分解過程，從而讓巨量水分子得以存活足夠長的時間，去完成通往極地的遷徙之旅。研究特別強調(diào)，大部分的冰，就是在一個太陽日（176個地球日）內(nèi)完成沉積的。
這種水冰輸運路徑的“迅速”，是理解整個過程的關(guān)鍵。它可能意味著，水星上的冰并非是在漫長歲月里被緩慢的彗星雨或微流星體一點點積累起來的。相反，一次規(guī)模恰好的劇烈撞擊，就能在一天之內(nèi)為這顆酷熱的行星戴上兩頂“冰帽”。目前這項研究指出了一個明朗的方向，但探索并未終結(jié)。撞擊的具體成分、撞擊體的精確來源，以及這個臨時水蒸氣大氣層在保護自身的同時還有多復(fù)雜的逃逸和消散機制，仍然是科學(xué)家們需要繼續(xù)追問的謎題。不過，至少現(xiàn)在我們知道，在離太陽最近的地方，一個“水世界”的形成，可能只需要一個足以改變星球的下午。
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