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人类所探索过的最远的地方,向我们揭示了行星

文章作者:admin 上传时间:2020-06-20

摘要:天空(阿科罗斯Arrokoth)是有史以来人类航天器访问过太阳系中的最遥远、最原始的天体。它位于柯伊伯带内,远离太阳,远离太阳辐射,并且轨道稳定,这些特征使自太阳系形成起它几乎就是一个时间胶囊,为我们了解小行星是如何形成的提供了新见解。新视野号飞越了这颗天体,将珍贵数据带回地球,科学家由此发表解释“天空”形成机制,年龄以及异常红色的论文。

在对外太阳系的探索中,一个小天体正在向我们揭开巨行星诞生的奥秘。“天空”(“Arrokoth”,是印第安部落波瓦坦/阿拉贡琴语,意为“天空”)是迄今为止人类的宇宙飞船所造访过的最遥远、最原始的天体。在三篇最新发表的论文中,让我们一起探索其中的奥秘。新视野号模型 图源:NASA Applied Physics Laboratory New Horizons website

图源:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parke

这些发现解决了一些有关星子(形成行星的小天体)形成的争议问题,而且这个形成过程似乎比之前的猜测要更加温和。“ ‘天空’是我们目前所探索到最遥远、最原始、最古老的天体,因此它一定有它的独特之处。”来自科罗拉多西南研究所和新视野项目首席研究员艾伦·斯特恩(Alan Stern)说道。

“他在向我们揭示着星子的形成过程,我们相信,这一发现标志着我们在整个星子和行星形成方面的研究取得了重大进展。”

2019年1月1日,新视野号探测器在柯伊伯带发现了小天体“天空”,之前被命名为(486958) 2014 MU69以及“天涯海角”。

“天空”与太阳的平均距离远达67亿公里(41亿英里),公转周期为293年,是我们在太阳系中所探索到的距离最远的天体。

新视野号在2015年7月对冥王星历史性的飞掠后,即开始了对“天空”的探测任务,然而这并不仅仅是一次普通的探测。距日距离遥远,远离太阳辐射,拥有稳定的运转轨道,可以说这是一个来自46亿年前太阳系形成时的时间胶囊,正是由于这些原因,使这次探测具有了更重要深刻的意义。

去年五月,仅仅基于新视野号向地球发送的10%数据,出现了第一批关于“天空”的报告,详细介绍了此次飞掠中的重要发现。

来自不同科学家团队的发现表明:“天空”一个双瓣型天体,它的两部分是温和地相接在一起的,形成这一形态的过程尚不清楚,同时,在它表面坑洞的痕迹轻,主要呈红色,但形成这种颜色的原因也不得而知。

现在,我们所得到了比之前多10倍的数据,基于这些数据进行分析后有些问题得到了解答。在这三篇论文中,第一份来自圣路易斯华盛顿大学的威廉·麦金农(William McKinnon)和他的同事,文中指出中,他们发现了组成“天空”的两个物体实际上是紧密相接在一起的。

其一,根据长期存在的星子形成的分层吸积模型( hierarchical accretion model),行星是在太阳星云——形成太阳和行星的气体和尘埃云——的不同区域经过了剧烈的撞击后,聚到一起形成的。其二,根据卵石吸积模型 (pebble accretion model)表明,来自同一区域的元素会缓慢温和地聚到一起,形成双星天体。

研究人员指出:“如果“天空”是从来自星云不同区域的大型物体进化而来的,那么它必定会留下强烈撞击的痕迹。”

他们的团队在论文中指出:“现在没有任何证据能证明它的演变是以太阳为中心的高速碰撞演变,或是任何在它生命中的灾难性(或微灾难性)撞击,与之相反,我们推断,它的两部分是以非常缓慢的速度结合到一起的,每秒只有几米,或是更慢”。

这表明,这个双瓣型的天体形成于太阳星云(在形成太阳和太阳系行星前的气体和尘埃云)中的同一区域。

麦金农(McKinnon)说:“ ‘天空’看起来并不像是形成于剧烈的撞击,而更像是在一种它的两部分围绕着彼此,缓慢旋转、错综复杂的“舞蹈”中形成的。

第二篇论文中,来自西南研究所的天文学家约翰·斯宾塞(John Spencer)和他的同事对“天空”表面的研究强烈支持了这一观点。

他们坚信,“天空”的表面是光滑的,只有轻微的坑洞,在太阳系中是一个完全不同的存在。

他们还认为,在半径8000公里的范围内,它没有大于180米(590英尺)的光环和卫星,也没有大气,或气体和尘埃的散发,散发则表明它有相对较近的扰动的存在。因此,这就说明了在很长的时间内,“天空”这一小天体都安然无恙,毫无干扰。

他们还近距离的研究了“天空”上的坑洞,并发现,它的表面可能已经有大约40亿年的历史了,与太阳系形成的时间所差无几。

他们在文中提到:“天空”的自旋态很可能演化地非常缓慢,它没有足够的撞击来作为有效的震源,它的高孔隙率也会导致震能传播的效率极其低下。

总的来说,尽管在它表面只有少量坑洞,但就我们所观测到的坑洞而言,它的密度与保存坑洞的年龄一样,都超过了40亿年。因此,在远程勘测成像仪(LORRI)提供的图像的分辨率内,我们可见的表面或许真的可以追溯到太阳系发生积聚活动的末期。

“天空”的MVIC颜色和光谱图像,显示微妙的颜色变化。右边的图像是相同的MVIC彩色图像叠加在高分辨率的黑白LORRI图像上。

图源:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

最后,在第三篇论文中,罗威尔天文台(LowellObservatory)的天文学家威尔·格伦迪和同事对“天空”独特的红色进行了研究。我们可以在柯伊伯带中找到这种物质,是太阳系中最红的自然物质,称为“红外物质”。“天空”就被这种物质所覆盖,但这种物质的确切性质还不清楚。

他们团队发现,“天空”是一个呈红色的冰冷天体,它的表面是甲醇冰和复杂的有机分子,但是根据新视野号所能收集到的有限的光谱数据,还并不能完全确定。这些分子有可能就是形成红色的原因。

这似乎不仅能支持那些“红外物质”来源于有机分子、它的颜色的均匀性和它表面的年龄(也是斯宾塞的团队的研究)的观点,也能够支持“天空”是在极其特定的区域内形成的。

格兰迪(Grundy)说:“ ‘天空’具有和由来自太阳星云的物质缓慢聚合形成的天体的一样的特征。像‘天空’这样,或看起来像这样的天体,是不会形成于一个混乱的环境。

斯特恩(Stern)补充道:“我们所得到的所有证据,都将“天空”的形成模式指向了粒子云塌陷模型(particle-cloud collapse model),几乎排除了等级式吸积(hierarchical accretion)的可能,根据推断,也排除来自其他星子影响。

新视野号可能没有更多能传回地球的数据了,所以未来的研究都将基于我们已有的资料。对于这些遥远的柯伊伯带天体,我们似乎能从中得到非常多有关太阳系诞生时的信息。我们有充足的理由去进行更加深入的探索与研究。

据《卫报》(The Guardian )报道,在美国科学促进会的年会上,麦金农(McKinnon)说:“我们从‘天空’得到的信息已经足够让我们惊喜了。它能告诉我们很多关于太阳系的惊人奥秘。这并不只是宇宙中的一隅之地,而一个非同寻常的世界,并向我们讲述着一个非同寻常的故事。”