2022-03-28 15:29

小行星龙宫可能是一颗死亡的彗星

2014年,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)发射了隼鸟2号宇宙飞船,访问了小行星龙宫。它于2018年6月抵达这颗小行星,并在轨道上对其进行了一年多的研究。隼鸟2号甚至向小行星表面派出了4个漫游者。发射后,它于2020年12月飞过地球,并留下了一份龙宫的样本。

在那次令人印象深刻的任务所产生的所有科学结果中,最有趣的可能是:龙宫小行星可能不是一颗小行星。它可能是彗星的残骸。

隼鸟2号任务表明,小行星龙宫是一个碎石堆小行星。它不是一块巨大的岩石,而是小岩石的集合体。和其他一些小行星一样,它的形状像一个旋转的陀螺。小行星的快速旋转使它形成了这个形状。

作者们说,“龙宫的形成方案被广泛接受,是更大的小行星之间的灾难性碰撞,以及随后碰撞碎片的缓慢重力积累。”

Hayabusa 2's Optical Navigation Camera-T captured this image of Ryugu from an altitude of a<em></em>bout 64m. The image was taken on September 21, 2018, at around 13:04 JST. This is the highest resolution photograph obtained of the surface of Ryugu. Credit: JAXA
隼鸟2号的光学导航相机t从一个高度捕捉到这张龙宫的图像 布特64米。2018年9月21日,日本标准时间13:04左右拍摄。这是获得的最高分辨率的龙宫表面照片。来源:日本

许多Hyabusa 2的证据支持龙宫是一颗小行星的观点,自1999年发现它以来,天文学家就一直认为这是事实。但在不符合小行星定义的证据中,有一件事很突出:龙宫富含有机物。

如果龙宫是由两颗较小的小行星碰撞而成的碎石堆小行星,那么为什么它有这么多集中的有机物质呢?

这个问题是发表在《天文学杂志通讯》上的一项新研究的核心,该研究题为《小行星162173龙宫:彗星的起源》。第一作者是名古屋市立大学副教授三浦仁。

在他们的论文中,作者们说,龙宫不仅可能是一颗彗星的残骸,而且类似的碎石堆小行星也可能是以前的彗星。天文学家称这些天体为彗星小行星过渡天体(CAT)。

彗星形成于太阳系遥远的寒冷地带。与全是岩石的小行星不同,彗星是冰的,含有岩石和冻结的挥发物。这些挥发物主要是水冰,但彗星也含有冻结的二氧化碳、氨、甲烷和一氧化碳。天文学家有时称它们为“脏雪球”。彗星也有不受束缚的大气层。当它们接近太阳时,温度会融化一些产生大气的挥发物,它们会升华到太空中。大气中含有灰尘和挥发性气体。

但在多次接近太阳之后,一些彗星将其挥发性物质全部释放到太空中。剩下的只是石头。这些彗星有时被称为灭绝的彗星。

This figure from the study shows how a comet can transition to an asteroid. (a) shows the comet nucleus co<em></em>ntaining water ice and rock. (b) shows the ice sublimating from the outer layer as the comet enters the inner Solar System. (c) shows rocky debris accumulating on the surface and forming a porous mantle. (d) shows how the comet transforms into an asteroid after the remaining volatiles sublimate and escape through the porous mantle. Image Credit: Miura et al. 2022
这项研究的这张图显示了彗星如何转变成小行星。(a)显示彗星核co 含有水、冰和岩石。(b)显示了当彗星进入内太阳系时,冰从外层升华出来。(c)显示岩石碎片在地表聚集并形成多孔的地幔。(d)显示了在剩余挥发物升华并通过多孔地幔逃逸后,彗星如何转变成小行星。图片来源:三浦等人,2022年

如果龙宫确实是一颗彗星,那能解释龙宫的特征吗?

龙宫的旋转速度很快,这可能源于它之前作为一颗彗星的生命。“冰的升华导致彗星的核心失去质量和收缩,这增加了它的旋转速度,”第一作者三浦在新闻发布会上说。“由于这种向上的自旋,彗星核可能获得了形成自旋顶部形状所需的转速。”

小行星龙宫由于自身的旋转而呈现出一个旋转顶部的形状。这种旋转在很长一段时间内塑造了这颗小行星的形状,包括形成了被称为“龙津背森”(Ryujin Dorsum)的赤道脊。Bennu小行星也是一颗旋转顶小行星。图片来源:ISAS/JAXA, CC By 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=87828813

据三浦博士说,彗星灭绝假说也可以解释有机物含量高的原因。检测到的有机分子包括CO、CO2、甲醇、羰基硫化物、甲醛、甲酸、甲烷和氰酸盐。此外,彗星的冰成分被认为包含了星际介质中产生的有机物。这些有机物质会沉积在冰升华后留下的岩石碎片上。”

像龙宫这样的彗星具有与碳质球粒陨石一样的有机物,但它们都集中在表面。“从反照率推断,局部浓度可能是有机物含量极高的原因,”该论文指出。

研究小组用数值模拟验证了他们的假设。他们计算了龙骨失去所有挥发物并变成岩石遗迹需要多长时间。他们还计算了使这颗小行星形成今天的形状所需的转速的增加。

This figure from the study shows the results of the team's numerical simulations. (a) shows the sizes of the initial come<em></em>tary nucleus and the time required for it to diminish to Ryugu's present size. (b) shows the spin-up of the come<em></em>tary nucleus after shrinkage due to water ice sublimation. Image Credit: Miura et al. 2022.
这张图显示了研究小组的数值模拟结果。(a)表示初始来度的大小 和它缩小到龙骨现在大小所需的时间。(b)表示过来的自旋向上 晶核因水的冰升华而收缩。图片来源:三浦等人,2022年。

“我们的计算表明,龙宫曾经是一颗彗星,在最初的10年里非常活跃,在其剩余的动态生命周期中,它是一颗碎石堆的小行星,”该研究说。“这种情况与太阳系中现代彗星的动态演化相一致。”

本研究重点研究的小行星具有3个特征:旋转顶形、碎石堆组成/形态和高浓度有机物。结果表明,龙宫和类似的小行星属于彗星-小行星过渡天体(CATs)。三浦博士解释说:“猫是一种小型天体,它们曾经是活跃的彗星,但现在已经灭绝,显然与小行星没有什么区别。”“由于它们与彗星和小行星都很相似,CATs可以为我们了解太阳系提供新的视角。”

An artist's illustration of NASA's OSIRIS-REx spacecraft approaching asteroid Bennu with its sampling instrument extended. Image Credit: NASA/Goddard/University of Arizona
美国国家航空航天局的奥西里斯-雷克斯宇宙飞船正在接近小行星本努,并扩展了它的采样仪器。图片来源:美国宇航局/戈达德/亚利桑那大学

隼鸟2号将它的龙宫样本带回地球,而另一项任务也将很快完成同样的任务。美国宇航局的奥西里斯-雷克斯宇宙飞船访问了小行星本努,这是一颗与龙宫非常相似的小行星,并将于2023年将其样本带回地球。对这些样本的分析应该可以确定龙宫和本奴是小行星还是猫科动物。

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