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    “高爾夫球”小行星帕拉斯的新圖像

    杏彩體育2年前 (2023-02-08)高爾夫球資訊81

    本文參加百家號#科學(xué)了不起#系列征文賽。

    簡介:1802年小行星Pallas首次被觀測到,幾個(gè)世紀(jì)以來,天文學(xué)家一直試圖了解它,根據(jù)照片顯示它像一個(gè)高爾夫球。它坑坑洼洼的表面和運(yùn)行軌道表明它經(jīng)歷了多次高速撞擊。最新研究表明它很可能是由數(shù)十億年前水冰和硅酸鹽結(jié)合物形成。

    1802年,德國天文學(xué)家海因里希奧伯斯在主行星帶內(nèi)觀察到一顆行星。隨著時(shí)間流逝,天文學(xué)家們?yōu)檫@個(gè)天體取名為帕拉斯(智神星Pallas),這是希臘女戰(zhàn)神雅典娜的另一個(gè)名字。隨后在對主行星帶中更多的行星進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)帕拉斯需被重新分類為一顆大的小行星,這也是繼谷神星和灶神星后在行星帶中第三大小行星。

    數(shù)百年來,天文學(xué)家力求獲得一個(gè)更好的帕拉斯圖像,來研究更多關(guān)于它的大小、形狀和組成的信息。到了世紀(jì)之交,天文學(xué)家已經(jīng)得出結(jié)論:它是一個(gè)扁圓的小行星(一個(gè)拉長的球體)。多虧了國際團(tuán)隊(duì)的新研究,終于拍下了帕拉斯的第一張細(xì)節(jié)照片,該照片揭示了它的形狀更類似于一個(gè)“高爾夫球”——即存在著嚴(yán)重凹陷。

    圖解:帕拉斯。

    法國馬賽天體物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的皮埃爾韋爾納扎,他是團(tuán)隊(duì)中的首席研究員,該團(tuán)隊(duì)成員來自全世界21個(gè)研究機(jī)構(gòu)。米歇爾馬塞特,一位麻省理工學(xué)院地球系大氣與行星科學(xué)專業(yè)的博士后,作為主要作者將這些工作發(fā)表在了《自然天文學(xué)》雜志上。

    圖解:在太陽系內(nèi)和木星的小行星:甜甜圈形的小行星帶在木星和火星軌道之間。圖源:Wikipedia

    幾百年來,天文學(xué)家已經(jīng)知道與主小行星帶的主體相比,帕拉斯是沿著一個(gè)高度傾斜的軌道運(yùn)動(dòng)的。鑒于這些小行星中的大部分沿著同樣的大致橢圓的軌道圍繞著太陽,且軌道傾角小于30,帕拉斯的軌道相對于太陽平面傾斜角度為34.837(原因不明)。

    為了他們的研究,韋爾納扎和他的團(tuán)隊(duì)獲得了11張帕拉斯的圖像,該圖片由歐洲南方天文臺的超大型望遠(yuǎn)鏡(VLT)上的光譜比色法高對比度系外行星研究儀器(SPHERE)拍攝。這些圖片都是在2017-2019年間,當(dāng)帕拉斯在其軌道距離地球最近的點(diǎn)時(shí)拍攝的,他們團(tuán)隊(duì)在此期間保留了組成VLT四臺望遠(yuǎn)鏡的其中一臺來捕獲帕拉斯的圖像。

    多虧了SPHERE儀器上的極端適應(yīng)性光學(xué)系統(tǒng),韋爾納扎團(tuán)隊(duì)觀察到帕拉斯表面被隕石坑完全覆蓋就如同高爾夫球一般。為了解釋這個(gè)問題,該團(tuán)隊(duì)考慮了在它圍繞太陽運(yùn)行完整一周的超過四年半的時(shí)間內(nèi)(1686天)傾斜軌道導(dǎo)致帕拉斯經(jīng)歷眾多影響的可能性。

    經(jīng)他們計(jì)算,這些影響是在同一軌道兩顆小行星碰撞所造成的破壞的四倍。正如馬塞特向MIT新聞所解釋的那樣:“帕拉斯的軌道意味著有極高速度的影響。從這些圖像來看,可以發(fā)現(xiàn)帕拉斯是我們所知的小行星帶里最坑坑洼洼的天體,這就像是發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新世界。”

    圖解:帕拉斯圍繞太陽的高度傾斜的軌道。圖源:Osamu Ajiki (AstroArts);Ron Baalke (JPL)

    研究團(tuán)隊(duì)使用由不同方向拍攝的11張圖片進(jìn)行編輯,對小行星的形狀以及小行星極點(diǎn)和赤道地區(qū)的撞擊坑地形圖進(jìn)行了3D重構(gòu)。從這些圖像中,研究人員可以識別出36個(gè)直徑大于30 km(18.64 mi)的撞擊坑,此直徑差不多是導(dǎo)致恐龍滅亡的??颂K魯伯隕石坑的五分之一。

    圖解:??颂K魯伯隕石坑。圖源:百度

    盡管與地球和其他天體上發(fā)現(xiàn)的隕石坑相比,帕拉斯的隕石坑較小,但這些隕石坑似乎覆蓋了小行星表面至少10%的地方,這表明了它曾經(jīng)具有頗為狂暴的歷史。為確定有多么狂暴,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列模擬,模擬四十億年前它形成時(shí),帕拉斯(以及谷神星和灶神星)和主行星帶剩余部分的相互作用。

    這些模擬將小行星的尺寸、質(zhì)量和軌道性能以及主行星帶內(nèi)物體的速度和大小分布都考慮進(jìn)去了。然后研究人員全程記錄下與三個(gè)天體中的任何一個(gè)相撞的模擬撞擊,該撞擊會(huì)產(chǎn)生至少40 km寬(25 mi)的撞擊坑(與帕拉斯絕大部分撞擊坑尺寸一致)。他們發(fā)現(xiàn)帕拉斯上40 km的撞擊坑可能是由比谷神星和灶神星小得多的物體制造出來的。

    由于小的小行星在小行星帶上比大的更常見,這意味著帕拉斯相比其他同等天體更可能經(jīng)歷高速撞擊事件。如馬塞特說得那樣:“帕拉斯相比谷神星和灶神星經(jīng)受了2到3倍的撞擊,還有它的傾斜軌道直接解釋了我們沒有在另外兩個(gè)小行星上見到如此怪異的表面的原因?!?/p>

    還有其他發(fā)現(xiàn)來自于最新的帕拉斯圖像,拍攝了南半球的一個(gè)亮點(diǎn)以及沿赤道的一個(gè)巨大撞擊盆地。然而該團(tuán)隊(duì)未確認(rèn)這個(gè)亮點(diǎn)可能是什么,他們推理可能是表面有大量的鹽沉積?;诓糠?D重建結(jié)果,研究人員更新了對于帕拉斯體積的預(yù)估(研究人員將其與它的質(zhì)量結(jié)合進(jìn)行)。

    從這可以看出,經(jīng)研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算帕拉斯在密度上與谷神星和灶神星不同,它可能是在數(shù)十億年前由冰和硅酸鹽組成。隨著時(shí)間流逝,當(dāng)冰逐漸融化,會(huì)使得硅酸鹽水合化,從而在內(nèi)部形成鹽沉積,在遭到撞擊后被暴露出來。另一個(gè)可能的支持證據(jù)就是雙子座流星雨。

    雙子座流星雨發(fā)生在每年十二月份當(dāng)?shù)厍虼┰叫⌒行欠ǘ蛩傻乃槠频臅r(shí)候,法厄松是一顆近地小行星,它被認(rèn)為是帕拉斯的碎片,并最終進(jìn)入了地球軌道。鑒于雙子座的鈉含量范圍較大,馬塞特和他的同事推測這些鈉鹽可能是來源于帕拉斯的鹽沉積。

    圖解:法厄松。圖源:百度

    至于對這個(gè)寬約400千米(250 mi)的撞擊盆地,研究團(tuán)隊(duì)沿著赤道并追蹤可能造成的碎片模擬了不同的撞擊。從他們的模擬,團(tuán)隊(duì)可以推斷該撞擊盆地可能是17億年前與一個(gè)人直徑20至40千米(12.5~25 mi)的物體碰撞的結(jié)果。

    這次撞擊使得碎片被彈射至太空中然后墜落至小行星上,形成的模式正好與在帕拉斯后尾隨的一系列碎片相符。換句話說,這種解釋符合現(xiàn)知的“帕拉斯系列”碎片。正如馬塞特預(yù)測的那樣,最新的觀測和理論也為向帕拉斯低價(jià)飛行增進(jìn)了解提供了依據(jù)。

    “人們已經(jīng)提議向帕拉斯發(fā)射非常小且廉價(jià)的衛(wèi)星。我不知道這是否會(huì)發(fā)生,但這項(xiàng)任務(wù)會(huì)告訴我們更多關(guān)于帕拉斯表面和亮點(diǎn)起源的信息。”

    這些發(fā)現(xiàn)是近幾年來在主小行星帶內(nèi)的一系列發(fā)現(xiàn)中最新的。這些包括了在黎明任務(wù)中確認(rèn)了谷神星上生命存在的構(gòu)成部分,哈勃發(fā)現(xiàn)的兩顆運(yùn)動(dòng)類似彗星的雙星小行星,以及(小行星帶中質(zhì)量第四大的星體)實(shí)際上是球體,這使它成為了太陽系最小的此類星體。

    然后研究表明原始的小行星帶可能一直是空的,直到較大行星的遷移使其被太陽系形成的遺留星體所填滿。難怪那么多科學(xué)家希望向那里運(yùn)送一艘航天器,航天器可能是蒸汽驅(qū)動(dòng)的來保證成本效益和壽命。

    作者: Matt Williams

    FY: Miss K

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