在浩瀚的宇宙中，冥王星和它的衛(wèi)星卡戎一直是科學(xué)探索的重要目標。自1978年首次被發(fā)現(xiàn)以來，卡戎以其冰封表面和神秘的組成吸引著無數(shù)天文學(xué)家的關(guān)注。如今，隨著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的成功發(fā)射和運作，科學(xué)家們終于能夠更深入地研究這一遙遠天體。最近的研究表明，卡戎的表面不僅包含水冰、含氨化合物和有機物，還首次探測到了二氧化碳和過氧化氫。這一發(fā)現(xiàn)不僅填補了我們對卡戎成分的理解空白，還為我們揭示了太陽系邊緣冰冷天體的起源和演化提供了新的視角。

卡戎作為冥王星最大的衛(wèi)星，其直徑約為1207公里，位于神秘的柯伊伯帶中。這是一個充滿冰冷物質(zhì)和彗星的小天體環(huán)帶，構(gòu)成了太陽系的邊緣。在這個環(huán)境中，卡戎的表面特征與其他許多大型天體顯著不同。它沒有被甲烷等揮發(fā)性冰覆蓋，這使得科學(xué)家們能夠更好地研究陽光和撞擊對其表面的影響。而美國宇航局的新視野號探測器在十年前對冥王星系統(tǒng)的探測，為我們提供了關(guān)于卡戎表面地質(zhì)特征的重要數(shù)據(jù)。正是這些獨特的特性，使得卡戎成為科學(xué)家們研究太陽系形成和演化過程的重要窗口。

由西南研究所（SwRI）的天文學(xué)家Silvia Protopapa領(lǐng)導(dǎo)的團隊，利用韋伯望遠鏡的近紅外光譜儀（NIRSpec）對卡戎進行了詳細研究，填補了先前研究中的空白。他們的工作揭示了卡戎表面保存了其形成過程的證據(jù)，這些證據(jù)表現(xiàn)為二氧化碳的存在以及由過氧化氫的存在所指示的輻射過程的跡象。Protopapa在接受采訪時表示：“我們的發(fā)現(xiàn)擴展了卡戎已知的成分清單，包括水冰、含氨物質(zhì)和負責(zé)其灰紅色調(diào)的有機物質(zhì)。”

研究團隊的發(fā)現(xiàn)為我們了解卡戎的演化提供了重要線索。二氧化碳的存在，意味著卡戎在其形成過程中可能經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，而過氧化氫的探測則表明，卡戎的表面可能正在積極地與外部環(huán)境相互作用。根據(jù)科學(xué)家的分析，過氧化氫是在紫外線、太陽風(fēng)中的高能粒子以及來自太陽系外的“銀河宇宙射線”共同作用下形成的。這一過程使得卡戎的表面化學(xué)組成呈現(xiàn)出更加多樣化的特征。

與柯伊伯帶中的許多大型天體不同，卡戎的表面沒有被揮發(fā)性物質(zhì)覆蓋，這使得科學(xué)家能夠研究到陽光暴露和撞擊對這些遙遠天體的影響。卡戎是唯一一個擁有地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)的中等大小TNO，科學(xué)家們因此得以深入研究它的表面特征。正如Protopapa所說：“總體而言，這些因素使卡戎成為我們可以從中廣泛學(xué)習(xí)的重要目標。”通過對卡戎的研究，科學(xué)家們不僅能更好地理解其表面的成分，還能推測海王星軌道之外其他中等大小冰冷天體的演化過程。

恒星、行星和衛(wèi)星的組成可以通過它們發(fā)射或從其表面反射的光來確定。元素以特定的波長吸收和發(fā)射光，因此，科學(xué)家們利用“光譜學(xué)”這一技術(shù)，通過觀察天體的光譜來揭示其組成。Protopapa和她的團隊通過將JWST的觀測數(shù)據(jù)與實驗室測量和卡戎表面的詳細光譜模型進行比較，最終確認了二氧化碳的存在。他們發(fā)現(xiàn)，二氧化碳主要存在于富含水冰的亞表面層中，這為我們了解卡戎的形成過程提供了重要線索。

在研究中，科學(xué)家們最初并未預(yù)料到會在卡戎的表面發(fā)現(xiàn)過氧化氫。Protopapa表示：“在卡戎上探測到過氧化氫是一個驚喜。我老實說沒有預(yù)料到會在表面發(fā)現(xiàn)它。” 自2000年代以來，過氧化氫已知存在于木星的衛(wèi)星歐羅巴的表面，然而卡戎與歐羅巴的環(huán)境截然不同，這使得這一發(fā)現(xiàn)尤為引人注目。

過氧化氫的意外出現(xiàn)，促使研究團隊重新審視卡戎的表面環(huán)境。科學(xué)家們推測，卡戎的富水冰表面可能正在被來自太陽的紫外線和高能粒子積極改變。Protopapa解釋說：“過氧化氫是由鄰近的氫氧根離子自由基結(jié)合形成的，這些自由基來自于由于入射離子、電子或光子導(dǎo)致的水分子的分解。” 因此，這一發(fā)現(xiàn)不僅為卡戎的成分提供了新的信息，也為我們理解太陽系中其他冰冷天體的演化機制提供了重要線索。

盡管研究小組已取得了顯著進展，但他們對卡戎的探索并未停止。未來，韋伯望遠鏡將繼續(xù)觀察卡戎，科學(xué)家們將利用新獲得的數(shù)據(jù)更深入地了解整個冰冷的TNO。Protopapa表示：“針對當前數(shù)據(jù)中未涵蓋的光譜空白的未來韋伯望遠鏡觀測，可能會導(dǎo)致新的卡戎發(fā)現(xiàn)，并進一步擴展其化學(xué)清單，可能會揭示其他正在發(fā)揮作用的機制。”

這一系列研究不僅有助于我們了解卡戎的形成與演化，也為我們提供了研究其他冰冷天體的重要參考。在遙遠的宇宙邊緣，卡戎與冥王星的故事仍在繼續(xù)，未來的探索將可能揭示更多關(guān)于太陽系起源和演化的奧秘。