天文学家惊讶地发现大型太空岩石的密度比水还小

一项新分析的柯伊伯带天体对行星形成理论提出了挑战

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一位行星科学家发现了太阳系中已知的最大的固体物体,它可以在浴缸中漂浮。这个岩石和冰的混合体,在行星轨道之外的遥远地方运行,其密度比水还小——尽管一个足够容纳它的浴缸需要从伦敦延伸到法兰克福那么大。

这个被称为 2002 UX25 的天体位于柯伊伯带,这是一个位于海王星轨道之外的矮行星、彗星和较小冰冻天体的储存地。该天体的低密度和尺寸(宽 650 公里)似乎与柯伊伯带和整个太阳系中大型固体天体形成的主导模型相冲突。加州理工学院(位于帕萨迪纳)的行星科学家迈克尔·布朗在即将出版的《天体物理学杂志快报》上报告了它的密度测量结果,其预印本可在 arXiv 在线存储库中找到。

由于人们认为柯伊伯带中的天体自太阳系早期以来几乎没有变化,因此该区域“为我们提供了了解行星形成早期阶段如何展开的最佳机会”,科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家安德鲁·尤丁说。


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根据主导模型,围绕年轻太阳旋转的盘中的微小尘埃粒子逐渐碰撞并聚结形成更大的粒子。这个过程最终在柯伊伯带中形成了矮行星,例如冥王星,以及地球和内太阳系中的其他岩石行星。

如果柯伊伯带中的大型天体是由小型天体合并形成的,那么小型天体和大型天体的密度应该相关。但是,柯伊伯带中直径小于 350 公里的天体似乎密度都比水小,而直径大于 800 公里的天体似乎密度比水大。

密度争议
对此不匹配的一种可能解释是,较小的天体更加多孔,而较大的天体更强的引力会将冰和岩石更紧密地压在一起,从而形成更密集的结构。但是,要使这种情况成立,中等大小的天体——直径约为 600 公里的天体——应该具有介于较小和较大天体之间的密度。

如果 2002 UX25——第一个测量其密度的中等大小的柯伊伯带天体——是该带中大量类似大小的天体的典型代表,那么情况就并非如此。根据几个空间和地面望远镜的测量,该天体的密度为每立方厘米 0.82 克——比水低 18%。

布朗指出,低密度表明 2002 UX25 主要由冰组成,这使得难以理解较大的、岩石更多的天体如何从柯伊伯带中较小天体的合并形成。 

但是,尤丁及其同事提出的另一种理论可以解释这些结果。根据他的理论,大型柯伊伯带天体首先形成。它们是由岩石或冰的鹅卵石大小的碎片快速构建而成的,这些碎片在太阳原始的行星形成盘中的湍流漩涡中被迫聚集在一起。大型天体之间的碰撞剥落了它们冰冷的外壳,形成了小的、低密度的柯伊伯带成员,并留下了大型的、富含岩石的天体。

尤丁说,为了证实该理论,科学家将需要测量更多与 2002 UX25 尺寸相似的柯伊伯带天体的密度。但他补充说,即使这个天体被证明是特例,其极低的密度“也不能轻易被忽视”。

本文经《自然》杂志许可转载。该文章于 2013 年 11 月 14 日首次发表

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