小行星的形状大小总是各不相同,麻省理工学院的天文学家观察到一颗表面坑坑洼洼的小行星,叫它“高尔夫球小行星”。
这颗小行星名为智神星,以希腊智慧女神雅典娜的名字命名,最初在 1802 年被发现。智神星是小行星带的第三大天体,体积大约是月球的七分之一。几个世纪以来,天文学家注意到,与小行星带中的大多数天体相比,智神星的轨道明显倾斜,但其倾斜原因仍然未知。
近日,研究人员在发表于《自然 · 天文学》杂志的一篇论文中首次展示了智神星的清晰图像,我们甚至能看清其布满陨石坑的表面。
研究人员猜测,智神星被撞击成坑坑洼洼的表面是轨道倾斜造成的。虽然小行星带中的大多数天体一般都沿着相同的椭圆形轨道绕太阳运行,像在赛道上行驶的赛车一样,但倾斜轨道使得智神星必须以一定的角度穿过小行星带。智神星沿途经历的任何碰撞,其破坏力都是同一轨道上两颗小行星碰撞的四倍左右。
“智神星的倾斜轨道带来了高速撞击,”论文的第一作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系博士后迈克尔 · 马塞特说。“从这些图像中,我们发现,智神星是目前所知的小行星带中陨石坑最多的天体。我们发现了一个新世界。”
“剧烈的天体碰撞”
由法国马赛天体物理实验室首席研究员皮埃尔 · 韦尔纳扎领导的研究团队利用欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)的 SPHERE 仪器捕获了智神星的图像,甚大望远镜由四台口径为 8 米宽的望远镜组成,观测位置在智利的一座山上。马塞特和其同事在 2017 年和 2019 年分别用其中一台望远镜观察了几天,看看是否能在智神星轨道上离地球最近的一点捕捉到这颗小行星的图像。
研究团队在这两次观察中一共捕获了 11 组图像,从不同的角度捕捉到了转动的智神星。整理了这些图像之后,研究人员生成了小行星形状的 3D 重建图,以及其两极和赤道部分区域的陨石坑图。
他们总共发现了 36 个直径超过 30 公里的陨石坑,大约是地球上的希克苏鲁伯陨石坑直径的五分之一。6500 万年前,希克苏鲁伯陨石的撞击可能是导致恐龙灭绝的最初因素。智神星表面有大概 10% 的面积都是陨石坑,正如研究人员在他们的论文中所述,这“暗示了剧烈的碰撞历史”。
为了了解碰撞有多严重,研究团队对智神星与小行星带其余天体在过去 40 亿年间(大约太阳系的年龄)的相互作用进行了一系列模拟。他们对谷神星和灶神星也做了同样的研究,研究人员考虑了每颗小行星的大小、质量和轨道特性,以及小行星带内天体的速度和大小分布。他们记录了每次模拟碰撞在智神星、谷神星和灶神星上产生的陨石坑,都至少有 40 公里宽(与研究人员在智神星上观察到的大多数陨石坑大小相同)。
他们发现,与谷神星或灶神星上同样大小的陨石坑相比,一个非常小的天体的撞击就可以在智神星上形成一个 40 公里宽的陨石坑。因为小行星带中的小型小行星比大型小行星多得多,这意味着智神星比其他两颗小行星更有可能经历高速撞击事件。
“智神星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为什么其他两颗小行星上没有这样奇特的表面,”马塞特说。
智神星的碎片
研究人员从图像中又观察到了两个新发现:一个是智神星南半球有一个奇怪的亮点,另一个是智神星赤道上有一个巨大的撞击盆地。
对于后一项发现,研究团队估计撞击范围约为 400 公里宽,他们寻找了可能导致如此大范围撞击的原因。 
研究人员模拟了沿赤道的各种撞击并追踪了可能从智神星表面掉下的碎片,这些碎片在撞击后喷发到了太空中。
通过模拟,研究小组得出结论,这个巨大的撞击盆地很可能是 17 亿年前被一个 20 到 40 公里宽的天体碰撞的结果,碰撞后小行星的碎片喷出太空,其形状恰好与目前观测到的智神星的一系列碎片相匹配。
团队中来自布拉格查尔斯大学天文研究所的研究人员米罗斯拉夫 · 布罗斯说:“这个沿赤道的盆地很可能与目前的智神星碎片有关。”
但研究人员目前仍不清楚在智神星南半球发现的亮点是什么。他们主要认为,该地区可能是一个非常大的盐矿床。通过对智神星的三维重建,研究人员估计了智神星的体积,结合已知的质量,他们计算出了智神星不同于谷神星和灶神星的密度,推算它最初可能是由水冰和硅酸盐的混合物形成的。随着时间的推移,智神星内部的冰逐渐融化,这可能致使硅酸盐液化,形成盐矿床,然后在撞击后暴露出来。
地球附近的一个现象也许能够支持这一假说。每年 12 月,天文爱好者都能看到绚烂的 “双子座” 流星雨,这场流星雨是小行星法厄同的碎片,而法厄同被认为是智神星的逃逸碎片,最终进入了地球轨道。天文学家们早就注意到双子座流星雨中钠的含量范围,马塞特和他的同事们现在推测它们可能来自智神星的盐矿床。
“有人提出把低成本的小型卫星派去智神星。”马塞特说, “我不知道这个建议是否会成真,但这些小型卫星能够告诉我们更多关于智神星表面的事和亮点的形成原因。”
-End-
责编:高潭清
参考:
http://news.mit.edu/2020/pallas-golf-ball-asteroid-0210
继续阅读