罗塞塔探测器在67P彗星表面发现许多圆形深坑，它们可能类似于地球上的天坑。图片来源：ESA
欧洲空间局（ESA）的罗塞塔（Rosetta）探测器，从2014年8月起，便环绕67P/楚留莫夫－格拉希门克彗星展开探测。几乎从那一刻开始，科学家就留意到了彗星表面上存在的许多几乎呈完美圆形的深坑。现在，根据罗塞塔近距离拍摄的图片，一项新的研究指出，这些深坑是彗星表面的塌陷坑，是表面以下的冰直接升华为气体后形成的。
这项研究显示，彗星不只是简单的脏雪球，而是有着自己的生命周期。随着67P彗星越来越靠近太阳，它的结构正在快速发生着变化。这项新发现首次揭露出了彗星随时间变化的细节。
研究合作者之一、美国马里兰大学的天文学家丹尼斯·波德维茨（Dennis Bodewits）说，“这些奇怪的圆坑有多宽，就有多深。罗塞塔可以透过它们，直接看到坑底。”这些坑都很大，直径从几十米到数百米不等。
波德维茨说，“我们提出它们是塌陷坑，是通过地表塌陷而形成的，非常类似于地球上的天坑。”地球上的许多“天坑”，就是因为地下的大量物质被冲蚀掏空形成空洞，最终洞顶的天花板支撑不住自身重量，导致地面塌陷而形成的。“因此，我们已经取得了大量的信息，帮助我们理解这样的过程如何发生。并且，利用这些深坑，我们也能够研究彗星表面以下都有些什么。”
波德维茨及其合作者分析了罗塞塔上的OSIRIS窄角相机拍摄的图像，这台相机原本就是设计用来拍摄彗核表面的。研究团队留意到，这颗彗星表面存在两种坑：一种是深坑，边缘陡峭，另一种则是浅坑，看起来跟其他彗星表面上的坑更加相似。研究团队还观察到，那些深坑的边缘有气体和尘埃喷流向外射出——这种现象在浅坑上从来没有出现过。
起初，罗塞塔团队怀疑，彗星表面时不时发生的爆发事件，可能产生了这些深坑。2014年4月30日，罗塞塔在靠近彗星的过程中曾经观察到这样一次爆发。研究团队通过这次爆发，定量估算了被抛射物质的总量，结果很明显，抛射出来的物质数量不够多。单凭这样的爆发式喷射，无法解释这些巨大深坑的形成。
波德维茨解释说，“那次喷发抛出的物质总量不少，大约有10万千克，但跟彗星本身相比就很小了，只能解释直径几米的一个洞。我们看到的深坑要大得多。看起来，这样喷发并不是形成深坑的原因，而是后果之一。”
67P彗星上的深坑，以及这些深坑形成的具体过程，被绘制在这幅信息图示上。点击图片查看大图。图片来源：ESA
根据罗塞塔的观测，研究团队提出了一个模型来解释这些塌陷坑。彗星表面以下的热源导致冰（主要由水、一氧化碳和二氧化碳构成）升华为气体。这些冰块损失之后形成的空洞越来越大，最终导致洞顶支撑不住自身重量而坍塌，从而形成了67P彗星表面上看到的那种边缘陡峭的圆形深坑。
这样的坍塌使得彗星上的冰首次接触到阳光的曝晒，导致冰块开始迅速升华。因此，科学家认为，这些深坑是相对比较新鲜的塌陷坑。另一方面，那些较浅的圆坑则很有可能是古老的塌陷坑，它们的坑壁已经被彻底侵蚀，坑底也被尘埃和冰块填满了。
“从某个角度来说，这些深深的塌陷坑让我想起了‘深度撞击’任务在坦普尔1号上砸出来的那个撞击坑。”研究合作者之一、马里兰大学的天文学教授迈克尔·阿赫恩（Michael A’Hearn）说。他曾经担任过“深度撞击”任务的首席研究员。“当然，具体过程是完全不同的，但两者都让我们达成了同样一个大目标——看到一颗彗星的更深处。”
欧洲空间局在6月23日正式宣布延长罗塞塔任务。这颗彗星将于今年8月13日通过近日点，此后将开始逐渐远离太阳。罗塞塔任务被延长了9个月，结束日期从原定的2015年12月推迟到2016年9月。延长的观测时间，将让任务团队有机会观察彗星表面如何应对阳光辐射的日益减弱。
这项研究被发表在7月2日出版的《自然》杂志上。（编辑：Steed）