本文參加百家號(hào)#科學(xué)了不起#系列征文賽。

簡(jiǎn)介：1802年小行星Pallas首次被觀測(cè)到，幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，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(guó)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(duì)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(lái)，天文學(xué)家力求獲得一個(gè)更好的帕拉斯圖像，來(lái)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(zhǎng)的球體）。多虧了國(guó)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(guó)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(lái)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(yáng)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(lái)，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(yáng)，且軌道傾角小于30，帕拉斯的軌道相對(duì)于太陽(yáng)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(tái)的超大型望遠(yuǎn)鏡（VLT）上的光譜比色法高對(duì)比度系外行星研究?jī)x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(tái)望遠(yuǎn)鏡的其中一臺(tái)來(lái)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(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)考慮了在它圍繞太陽(yáng)運(yùn)行完整一周的超過(guò)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(lái)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?！?/p>

圖解：帕拉斯圍繞太陽(yáng)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(duì)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(shí)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(lái)的。

由于小的小行星在小行星帶上比大的更常見(jiàn)，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(shuō)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(méi)有在另外兩個(gè)小行星上見(jiàn)到如此怪異的表面的原因?！?/p>

還有其他發(fā)現(xiàn)來(lái)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。基于部分3D重建結(jié)果，研究人員更新了對(duì)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(lái)。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(cè)這些鈉鹽可能是來(lái)源于帕拉斯的鹽沉積。

圖解：法厄松。圖源：百度

至于對(duì)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(shuō)，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(cè)的那樣，最新的觀測(cè)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?！?/p>

這些發(fā)現(xiàn)是近幾年來(lái)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(yáng)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(yáng)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(lái)保證成本效益和壽命。

作者: Matt Williams

FY: Miss K

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處