在浩瀚的宇宙中，冥王星和它的卫星卡戎一直是科学探索的重要目标。自1978年首次被发现以来，卡戎以其冰封表面和神秘的组成吸引着无数天文学家的关注。如今，随着詹姆斯·韦伯太空望远镜的成功发射和运作，科学家们终于能够更深入地研究这一遥远天体。最近的研究表明，卡戎的表面不仅包含水冰、含氨化合物和有机物，还首次探测到了二氧化碳和过氧化氢。这一发现不仅填补了我们对卡戎成分的理解空白，还为我们揭示了太阳系边缘冰冷天体的起源和演化提供了新的视角。
卡戎作为冥王星最大的卫星，其直径约为1207公里，位于神秘的柯伊伯带中。这是一个充满冰冷物质和彗星的小天体环带，构成了太阳系的边缘。在这个环境中，卡戎的表面特征与其他许多大型天体显著不同。它没有被甲烷等挥发性冰覆盖，这使得科学家们能够更好地研究阳光和撞击对其表面的影响。而美国宇航局的新视野号探测器在十年前对冥王星系统的探测，为我们提供了关于卡戎表面地质特征的重要数据。正是这些独特的特性，使得卡戎成为科学家们研究太阳系形成和演化过程的重要窗口。
由西南研究所（SwRI）的天文学家Silvia Protopapa领导的团队，利用韦伯望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）对卡戎进行了详细研究，填补了先前研究中的空白。他们的工作揭示了卡戎表面保存了其形成过程的证据，这些证据表现为二氧化碳的存在以及由过氧化氢的存在所指示的辐射过程的迹象。Protopapa在接受采访时表示：“我们的发现扩展了卡戎已知的成分清单，包括水冰、含氨物质和负责其灰红色调的有机物质。”
研究团队的发现为我们了解卡戎的演化提供了重要线索。二氧化碳的存在，意味着卡戎在其形成过程中可能经历了一系列复杂的化学反应，而过氧化氢的探测则表明，卡戎的表面可能正在积极地与外部环境相互作用。根据科学家的分析，过氧化氢是在紫外线、太阳风中的高能粒子以及来自太阳系外的“银河宇宙射线”共同作用下形成的。这一过程使得卡戎的表面化学组成呈现出更加多样化的特征。
与柯伊伯带中的许多大型天体不同，卡戎的表面没有被挥发性物质覆盖，这使得科学家能够研究到阳光暴露和撞击对这些遥远天体的影响。卡戎是唯一一个拥有地质测绘数据的中等大小TNO，科学家们因此得以深入研究它的表面特征。正如Protopapa所说：“总体而言，这些因素使卡戎成为我们可以从中广泛学习的重要目标。”通过对卡戎的研究，科学家们不仅能更好地理解其表面的成分，还能推测海王星轨道之外其他中等大小冰冷天体的演化过程。
恒星、行星和卫星的组成可以通过它们发射或从其表面反射的光来确定。元素以特定的波长吸收和发射光，因此，科学家们利用“光谱学”这一技术，通过观察天体的光谱来揭示其组成。Protopapa和她的团队通过将JWST的观测数据与实验室测量和卡戎表面的详细光谱模型进行比较，最终确认了二氧化碳的存在。他们发现，二氧化碳主要存在于富含水冰的亚表面层中，这为我们了解卡戎的形成过程提供了重要线索。
在研究中，科学家们最初并未预料到会在卡戎的表面发现过氧化氢。Protopapa表示：“在卡戎上探测到过氧化氢是一个惊喜。我老实说没有预料到会在表面发现它。” 自2000年代以来，过氧化氢已知存在于木星的卫星欧罗巴的表面，然而卡戎与欧罗巴的环境截然不同，这使得这一发现尤为引人注目。
过氧化氢的意外出现，促使研究团队重新审视卡戎的表面环境。科学家们推测，卡戎的富水冰表面可能正在被来自太阳的紫外线和高能粒子积极改变。Protopapa解释说：“过氧化氢是由邻近的氢氧根离子自由基结合形成的，这些自由基来自于由于入射离子、电子或光子导致的水分子的分解。” 因此，这一发现不仅为卡戎的成分提供了新的信息，也为我们理解太阳系中其他冰冷天体的演化机制提供了重要线索。
尽管研究小组已取得了显著进展，但他们对卡戎的探索并未停止。未来，韦伯望远镜将继续观察卡戎，科学家们将利用新获得的数据更深入地了解整个冰冷的TNO。Protopapa表示：“针对当前数据中未涵盖的光谱空白的未来韦伯望远镜观测，可能会导致新的卡戎发现，并进一步扩展其化学清单，可能会揭示其他正在发挥作用的机制。”
这一系列研究不仅有助于我们了解卡戎的形成与演化，也为我们提供了研究其他冰冷天体的重要参考。在遥远的宇宙边缘，卡戎与冥王星的故事仍在继续，未来的探索将可能揭示更多关于太阳系起源和演化的奥秘。