它形如煎餅連著核桃 卻藏著太陽系誕生的真相讓人滿面春風

來源:熱點新聞瀏覽次數:0發布時間:2019-10-10 20:19:32

  它形如煎餅連著核桃 卻藏著太陽系誕生的真相

  雪人、花生,還是煎餅連著核桃?近日,一個外貌怪異的小行星引發圍觀。

  該小天體名為2014MU69,直徑不足40千米,位于太陽系邊緣的柯伊伯帶。公眾給它取了外號“Ultima Thule”,譯為“天涯海角”,意思是超越已知世界。

  北京時間2019年元旦,美國國家航空航天局(NASA)的“新視野”號(New Horizons)探測器成功飛掠“天涯海角”,并拍攝下它的“靚照”。雖然數據回傳工作還在進行中,但2月9日公布的初步資料顯示,“天涯海角”比最初想象的要平坦,看起來更像一張煎餅連著一個凹陷的核桃。

  為什么“天涯海角”不是常見的球形?它與眾不同的外貌如何形成?

  古怪小天體給科學家出難題

  太陽系中為大眾所熟悉的大天體都是呈球狀的。“因為質量大到可以保持自身的流體靜力學平衡,所以能形成球狀。”美國行星科學研究所博士后鄒小端接受科技日報記者采訪時表示,“而迄今近距離探測過的小天體,沒有一顆是球形的,它們頂多接近球形,比如最近NASA正在探測的小行星貝努和日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)正在探測的小行星龍宮。”鄒小端說,小行星大多形狀不規則,其中不少是雙體連接的結構,典型的例子是嫦娥二號飛越的戰神小行星。

  那么,為何小行星大多形狀不規則呢?這要從小行星的形成過程說起。“通常,自然天體由更小的顆粒逐漸積累‘長大’而成,或者由更大的母體分裂而成。如此多的物質聚成一體時,還要考慮自身引力引起的坍縮、自轉引起的變形等。”南京大學天文與空間科學學院教授周禮勇告訴科技日報記者。

  “不管是由小而大成型還是由大而小碎裂后形成,像‘天涯海角’這種大小在數十公里量級的天體,在形成過程中不大可能經歷整體熔融狀態,而只是松散地聚集在一起,因而大概會形成不規則但又不是過分偏離對稱的形狀。”周禮勇解釋道。

  形狀不規則也罷,叫人撓頭的是,“天涯海角”的兩個部分還很扁。“如同前兩年發現的星際小天體奧陌陌,它的長寬比大致為8∶1。由于其形狀難以理解,以致于有科學家更愿意認為那是一個外星人的飛行器。”周禮勇談道。

  美國西南研究院的天文學家亞歷克斯·帕克表示,土星的衛星也有類似“天涯海角”的形狀,但這種巖石是在土星環的特殊環境中形成,而2014MU69卻是在深空中形成。

  “天涯海角”為何形狀怪異,成了科學家們面臨的一道難題。

  鄒小端告訴記者,并非因為“天涯海角”是雙體結構就特別難理解。“根據現在的觀測,在小天體中,雙體并行互相繞轉,緩慢接近、連接成一體,甚至自帶小衛星或小行星環,都是有可能的。”

  “實際上,每個天體的形狀都有其復雜的形成和演化歷史,天文學家們基于有限的觀測數據去推測星體的形成和演化,自然是難題。”鄒小端說。

  暗藏太陽系形成的“時間膠囊”

  “天涯海角”所在的區域柯伊伯帶大約存在于距離太陽30天文單位(AU,約為1.5億公里)至55AU的范圍,位于太陽系的邊緣,被稱為太陽系的第三區。

  這片區域包含數十億顆環繞太陽運行的寒冷天體,幾乎是冰凍的世界。一般認為,公

  轉周期為200年以內的短周期彗星都來自柯伊伯帶,“天涯海角”繞太陽一周大約需要298年。

  柯伊伯帶中有不少矮行星,除了冥王星,還有妊神星和鳥神星。“其中,直徑超過100千米的天體估計超過10萬個。”鄒小端說。

  在星體密布的柯伊伯帶,與“天涯海角”外貌相似的天體是否常見?

  對此,周禮勇表示,對于柯伊伯帶中天體的形狀,我們所知甚少。因為距離太遙遠,目前能觀測到的柯伊伯帶天體尺寸都比較大。而直徑上百公里甚至更大的天體,在自身引力作用下,往往是接近球形的。

  鄒小端則認為,目前尚不知道2014MU69的形狀是否具有普遍性,因為它是第一個被如此近距離拍攝的柯伊伯帶小行星。“在只有一個樣本的情況下,對其他形狀的推測都是不可靠的。”

  不過,有一點或許明確,“天涯海角”這類古老的小天體如同冰凍的“時間膠囊”,有助于人類一窺46億年前太陽系初生時的模樣。

  “太陽在一團星云的中心誕生,星云絕大部分的質量都塌縮后,只剩下一小部分形成了繞轉在中央恒星周圍的原行星盤,塵埃和氣體在行星盤里聚集,成為‘小磚塊’,這些小塊進一步聚集形成行星。”鄒小端解釋說,經過復雜的引力作用,行星盤里的行星經歷了遷移、碰撞、互相破壞或聚集,其中一些小天體分散在距離太陽很遠的寒冷的軌道上。“它們的相互作用沒那么劇烈,也沒有受到太多來自大行星的引力作用,受到的太陽輻射和影響都比較小,所以它們表面的冰沒有被蒸發掉,也沒有聚集到足夠產生地質活動的質量。因而,科學家們認為它們更接近太陽系形成早期時候的狀態。”

  向更多柯伊伯帶天體出發

  像“天涯海角”這樣的化石級天體在太陽系中有十億顆以上。

  周禮勇告訴記者,幾十億年前誕生的天體,大多因為受行星引力散射作用而慢慢消失。另一些天體由于恰好處在比較穩定、安全的位置,就有可能成為存續至今的幸運兒。

  “實際上,整個柯伊伯帶天體都被認為誕生在太陽系形成后較短的一段時間內,基本與太陽系年齡相當,所以我們一般認為柯伊伯帶所有天體的年齡基本與太陽系年齡相當。”周禮勇說,所以詳細了解柯伊伯帶天體的特征,就可以推斷太陽系的形成和動力學演化。

  近幾年,在柯伊伯帶的外圍,天文學家發現不少軌道半徑非常大且其軌道近日點距離也很大的天體,人們稱之為“Detached Kuiper belt objects”。它目前尚無官方正式翻譯,周禮勇稱之為“游離的柯伊伯帶天體”。“根據這些天體的軌道特征,有科學家推測太陽系外圍更遙遠的地方存在一個大約10倍于地球質量的‘第九大行星’,即planet X。”

  周禮勇表示,目前觀測到的柯伊伯帶天體只有2000顆左右,對這些天體的物理、化學性質也所知甚少,還有大量問題懸而未決。

  而探測柯伊伯帶內的天體,是“新視野”號接下來的首要任務。“新視野”號探測器2006年1月19日發射升空,2015年7月14日近距離飛掠冥王星后,繼續向太空深處進發,如今已在太空遨游4700多天。

  “目前它正將觀測到的‘天涯海角’新數據傳回地球,整個過程將持續約2年時間。此后,它將選擇更多的柯伊伯帶天體進行探測。”周禮勇告訴記者。

  不過,“新視野”號軌道機動能力很有限,它攜帶的核電池的功率為245.7瓦特,并以每年3.5瓦特的速率下降。

  周禮勇估計,大概在2030年之后,“新視野”號功率將下降到失去將觀測數據發回地球的能力,最后將永遠飛離太陽系而進入更遙遠的宇宙空間。


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