小行星带内的重要发现——“高尔夫球小行星”
1802年,德国天文学家海因里希·奥尔伯斯发现了一颗他认为是主小行星带内的行星。随着时间的推移,天文学家们把这具行星命名为雅典娜,这是希腊战士女神雅典娜的名字。
随后,科学家在主带中发现了更多的小行星。而雅典娜也被重新归类为大型小行星,成为该主带中仅次于谷神星和灶神星的第三大小行星。
几个世纪以来,天文学家们一直试图更好地观察雅典娜,以更多地了解它的大小、形状和组成。在世纪之交,天文学家得出结论:它是一个扁球体(一个细长的球体)行星。
某国际团队的一项研究,捕获了第一批关于雅典娜的详细图像,这些图像揭示了雅典娜的形状更像是一个“高尔夫球”,也就是有很多凹陷进去的小圆坑。
法国马赛天体物理学实验室的皮埃尔·维尔纳扎是这个团队的首席研究员,这个团队的成员来自世界各地的21个研究机构。
麻省理工学院地球、大气和行星科学系的博士后助理迈克尔·马塞特是这项研究发表在《自然天文学》杂志上的第一作者。
在几个世纪以来的探索后天文学家发现,与主小行星带的大多数天体相比,雅典娜星的轨道高度倾斜。尽管这些天体大多数都沿着与太阳大致相同的椭圆轨道运行,轨道倾角小于30,但雅拉斯轨道相对于太阳平面的倾斜度为34.837(其原因至今仍是个谜)。
为了进行研究,韦尔纳扎和他的团队获得了11张雅典娜的图像,这些图像是由ESO的甚大望远镜(VLT)上的光谱偏振高对比度系外行星研究仪器获得的。
这些图像是在2017年和2019年拍摄的,当时该团队保留了组成VLT的四个望远镜中的一个,以便在雅典娜离地球轨道最近的时候拍摄它。
多亏了球面仪的极端自适应光学系统,研究小组观察到雅典娜的表面被陨石坑彻底弄皱,看起来就像一个高尔夫球。
究其原因,研究小组认为是帕拉斯倾斜的轨道导致它在四年半(1686天,绕太阳运行一周的时间)的时间里经历了大量的撞击。
根据他们的计算,这些撞击的破坏性将是同一轨道上两颗小行星碰撞的四倍。
正如马塞特在麻省理工学院新闻里所解释的那样,“雅典娜的轨道意味着非常高速的撞击。根据这些图像,可以推断出雅典娜是目前所知道的小行星带中最坑坑洼洼的物体。不得不说,这打开了发现新世界的大门。”
雅典娜的高度倾斜轨道。
研究小组利用从不同角度拍摄的11张照片,生成了小行星形状的3D重建图,以及其两极和部分赤道区域的陨石坑地图。
由此,研究者识别出36个直径超过30公里(18.64英里)的陨石坑,这大约是导致恐龙灭绝的陨石坑(希克苏鲁伯陨石坑)直径的五分之一。
尽管与地球和其他星球上发现的陨石坑相比,雅典娜的陨石坑要小得多,但它至少覆盖了小行星表面的10%,这表明雅典娜上曾发生过激烈的陨石坑撞击事件。
为了确定撞击到底有多剧烈,研究小组进行了一系列的模拟。他们模拟了自主带40亿年前形成以来,雅典娜(以及谷神星和灶神星)与主带其余部分之间的相互作用历程。
这些模拟考虑了小行星的大小、质量和轨道特性,以及主带内物体的速度和大小分布。然后,他们记录了所有与这三个物体的模拟碰撞产生了至少40公里(25英里)宽的陨石坑(雅拉斯上大多数陨石坑的大小)的时间。
他们发现,与灶神星上和谷神星相比,一个更小的物体可以在雅典娜上形成一个40公里长的环形山。
由于小行星带中较小的小行星比较大的小行星更常见,这意味着雅典娜小行星比其同类小行星更有可能经历高速撞击事件。正如马赛特所言:
“雅典娜的碰撞次数是谷神星和灶神星的两到三倍,它倾斜的轨道直接解释了在其他两颗小行星上都没有看到的非常奇怪的表面。“
从雅典娜的图像中得到的其他发现包括:在雅典娜的南半球有一个亮点,在雅典娜的赤道附近有一个巨大的撞击盆地。
虽然研究小组无法确定亮点是什么,但可以推测它可能是雅典娜表面的一个非常大的盐矿床。这种推测基于三维重建,重建结果提供了关于雅典娜的体积的估计(结合其已知质量)。
从这个角度,研究小组计算出,雅典娜的密度与谷神星或灶神星大不相同,它很可能是由数十亿年前的水冰和硅酸盐组合而成。随着时间的推移,水冰融化,从而水化硅酸盐,在内部形成盐沉积,然后被被撞击暴露。
另一个可能的证据是双子座流星雨。
每年12月都会发生双子座流星雨,那时地球正穿过小行星法厄同(一颗近地小行星)的碎片云,那有可能就是进入地球轨道的雅典娜碎片。
马塞特和他的同事认为,双子座流星雨的含盐量很高,这很可能与雅典娜有关。
至于宽约400公里(250英里)的撞击盆地,研究小组模拟了沿赤道的各种撞击,并追踪了可能产生的碎片。
研究小组根据模拟得出结论,该盆地很可能是17亿年前发生的一次碰撞的结果,当时一个直径在20到40公里(12.5到25英里)左右的物体撞击了雅典娜。
这次撞击将碎片弹射到太空中,之后碎片又落回到小行星上,形成一种恰好与观察到的尾随雅拉斯星的碎片家族相匹配的模式。换句话说,这种解释符合目前已知的片段“雅典娜家族”。
正如马塞特所指出的,这些观察和理论也支持了一项低成本的帕拉斯任务,以了解更多关于它的情况。
“人们已经提出用非常小的、便宜的卫星开展帕拉斯任务。我不知道这能否会发生,但如果可以实施的话,就可以告诉我们更多关于雅典娜的表面和亮点的起源信息。
这些发现是近年来在小行星带内一系列发现中的重要发现。其中包括“黎明”号任务,确认谷神星上存在生命的组成部分;另外,哈勃望远镜发现了一颗双星小行星,其行为类似于两颗彗星;以及“海卫一”(该带第四大质量天体)实际上是球形的,这使其成为太阳系中同类天体体积最小的。
另外,有研究表明,一个原始的小行星带可能是空的,直到大行星的迁移导致它被太阳系形成后留下的物体填满。
因此,许多科学家想要把宇宙飞船送到那里,以确保成本效益和寿命。
相关知识
帕拉斯是主小行星带中第三大的小行星。一项新的研究揭示了帕拉斯的形状更像是一个高尔夫球,即凹痕很大。帕拉斯沿着高度倾斜的轨道运行,其轨道相对于太阳平面倾斜34.837°,科学家们认为正是这一特点导致帕拉斯相较于主小行星带其他物体受到更多高速陨石撞击而产生其高尔夫球一样的形状。科学家们还为帕拉斯南半球出现的亮点和赤道巨大的冲击盆地提供了解释。
作者: MATT WILLIAMS
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自:https://www.sciencealert.com/we-ve-just-gotten-our-closest-look-yet-at-an-asteroid-that-looks-like-a-golf-ball?perpetual=yes limitstart=1
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