我們太陽系的隕石坑表面揭示了遠古撞擊的跡象，但灶神星上的神秘溝壑可能是由流星體撞擊引發的突然鹽水流形成的。
最近模仿灶神星環境的實驗表明，由氯化鈉穩定的鹹水可以流動足夠長的時間，在結冰之前形成通道。這項發現建立在以下發現的基礎上：美國太空總署的黎明任務，探索灶神星並暗示隱藏的地下冰。
宇宙撞擊的證據
太陽系中許多天體的表面佈滿隕石坑，提供了 46 億年流星體和其他太空碎片撞擊歷史的明確證據。然而，在某些星球上，例如美國太空總署黎明任務探索的巨型小行星灶神星，這些表面也具有深溝或溝壑，其形成仍然是個謎。
關於溝壑和鹽水流動的假設
一種主要理論認為，這些溝壑是由地球物理過程引起的乾燥泥石流造成的，例如流星體撞擊或暴露在陽光下的溫度變化。然而，美國太空總署最近資助的一項研究發表在行星科學雜誌提供了指向不同過程的新證據：由影響引發的短暫水流。這些水流可能沖刷出溝壑並留下沉積物。研究人員利用實驗室設備重現了灶神星的條件，首次詳細介紹了這種液體的可能成分，以及它在凍結之前可以保持液態的時間。
儘管灶神星上是否存在冷凍鹽水沉積物尚未得到證實，但科學家先前已證實假設的流星體撞擊可能會暴露並融化像灶神星這樣的世界表面下的冰。在這種情況下，此過程產生的水流可能會蝕刻出溝壑和其他類似地球上的表面特徵。
液體對無空氣世界的挑戰
但是，無空氣的世界（沒有大氣層並暴露在太空的強烈真空中的天體）如何能夠在表面上容納液體足夠長的時間以使它們流動呢？這樣的過程與液體在真空中迅速不穩定並在壓力下降時變成氣體的理解背道而馳。
「撞擊不僅會引發表面液體流動，而且這些液體的活躍時間足以形成特定的表面特徵，」計畫負責人、美國太空總署南加州噴射推進實驗室的行星科學家詹妮弗·斯卡利（Jennifer Scully）說，實驗是在該實驗室進行的。 「但是要持續多久？大多數液體在這些無空氣的天體上很快就會變得不穩定，因為太空的真空是難以屈服的。
鹽在延長液體穩定性方面的作用
事實證明，關鍵成分是氯化鈉——食鹽。實驗發現，在像灶神星這樣的條件下，純淨水幾乎立即凍結，而鹹味液體至少保持一個小時的液態。 「這個時間足以形成灶神星上識別出的與流動相關的特徵，估計需要長達半小時的時間，」聖安東尼奧西南研究所的主要作者邁克爾·J·波斯頓說。
於 2007 年推出，黎明太空船前往主小行星帶火星和木星繞灶神星運行 14 個月，繞穀神星運行近四年。在 2018 年結束之前，該任務發現了穀神星曾經是一顆行星的家園的證據。並且可能仍在將鹽水從其內部轉移到表面。科學家表示，最近的研究提供了對穀神星過程的深入了解，但重點關注灶神星，那裡的冰和鹽在受到撞擊加熱時可能會產生鹹味液體。
模擬灶神星的獨特環境
為了重現流星體撞擊後會發生的類似灶神星的情況，科學家們依靠位於噴射推進實驗室稱為冰冷環境骯髒真空模擬試驗台，或 DUSTIE。透過快速降低液體樣本周圍的氣壓，他們模擬了到達表面的液體周圍的環境。暴露在真空條件下，純水立即凍結。但鹹味液體停留時間更長，在結冰前繼續流動。
他們試驗的鹽水略多於一英吋（幾公分）深；科學家的結論是，灶神星上幾碼到幾十碼深的水流需要更長的時間才能重新凍結。
冷凍蓋子和流體流動
研究人員還能夠重建被認為在鹽水中形成的冷凍材料的「蓋子」。蓋子本質上是一個冷凍的頂層，可以穩定其下方的液體，防止其暴露在太空真空中——或者在本例中為 DUSTIE 室的真空——並幫助液體在再次冷凍之前流動更長時間。
這種現象類似於地球上熔岩在熔岩管中比暴露在涼爽的表面溫度下流動得更遠的現象。它也與圍繞火星上潛在的泥火山和可能從木星衛星上的火山噴出冰物質的火山進行的建模研究相匹配歐羅巴。
斯卡利說：“我們的研究結果有助於越來越多的研究工作，這些研究利用實驗室實驗來了解液體在各種世界上的持續時間。”
參考文獻：「對無空氣世界影響後鹽水和水壽命的實驗檢查」作者：Michael J. Poston、Samantha R. Baker、Jennifer EC Scully、Elizabeth M. Carey、Lauren E. Mc Keown、Julie C. Castillo- Rogez 和Carol A. 雷蒙德，2024 年 10 月 21 日，行星科學雜誌。
DOI：10.3847/PSJ/ad696a
