一项即将在《天文学与天体物理学》杂志发表的研究报告中,科学家们在土卫六和冥王星上都探测到了一个中心波长为5.113微米的吸收带。这两个天体相距数十亿公里,且物理环境截然不同。该信号由詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)上的两种不同仪器观测到,团队因此排除了校准问题或其他技术误差的可能性。
这项发现依赖于光谱学技术。每种元素或分子与光的相互作用独特,会吸收特定波长,留下类似指纹的特征模式。几十年来,科学家们积累了大量光谱特征数据库,用以识别水、甲烷、二氧化碳、氨等化合物,既适用于太阳系内的行星和卫星,也适用于太阳系外天体。
然而,这次的光谱对比未能找到令人信服的匹配物质。迄今为止,发现无法归属于已知化合物的化学特征极为罕见。因此,揭示土卫六和冥王星上的这一现象,可能成为行星科学领域的新核心问题。
研究人员已尝试多种可能性,检验了这些天体上可能存在的冰和有机化合物的实验室光谱,包括乙炔、苯、酮烯及一类称为烯烃的分子家族,但均未能完全匹配观测信号。最可能的解释是,这种信号来自某种已知化合物,但其物理状态或混合物此前未在实验室中研究过。作者也不排除该信号源自尚未被化学特征化的新材料。

令人费解的是,这一相同信号竟出现在两个物理条件迥异的天体上。土卫六拥有富含氮和甲烷的大气层,表面气压约为1.5巴,高于地球;其表面有液态甲烷河流和湖泊,温度约为-180摄氏度。相比之下,冥王星的大气极为稀薄,约为10微巴(密度约为土卫六的15万分之一),表面覆盖着氮、甲烷和一氧化碳冰,温度低至-235摄氏度。
尽管环境差异巨大,两者都展现出由太阳辐射和宇宙射线驱动的复杂有机化学过程,能够产生新的化合物并沉积在表面。研究人员认为,这种共同的化学演化历史可能是神秘信号的根源。
破解这一谜题需要JWST进行更多观测,并在实验室中模拟这两个冰冷世界的化学环境。科学家们寄望于NASA的“蜻蜓号”任务,该任务将探测土卫六表面。虽然探测器无法直接观测这一神秘的红外信号,但其搭载的化学实验室有望识别部分候选化合物,助力解开JWST在外太阳系带来的最引人入胜的谜团之一。


