行星和卫星通常会成为焦点，但从彗星和小行星等大量较小的天体中，我们也可以学到很多关于太阳系的知识。这是加州大学洛杉矶分校的行星科学家大卫·朱伊特的想法，他在观察海王星附近的一组小行星时发现了一个宇宙难题。
人们通常认为这些天体来源于另一组被称为柯伊伯带的小行星，该小行星带在海王星之外形成一个环。但朱伊特表明，这颗行星附近的小行星与其假定的柯伊伯带母体颜色截然不同。更奇怪的是，海王星小行星距离太阳太远，自诞生以来，它们的表面应该几乎保持原始状态，几乎没有受到我们最近恒星的温暖射线的改变——然而它们看起来与木星附近的被太阳烘烤过的一组小行星非常相似。这些令人困惑的观察结果——小行星看起来与它们在平静的太阳系边境中假定的母体完全不同，但却与被太阳烘烤过的假定亲戚非常相似——质疑了科学家们关于太阳系起源和演化的最佳理论。
小行星的大小从鹅卵石到大都市地区不等，它们是 45 亿多年前我们恒星系形成的遗迹。它们代表了没有被卷入行星的物质，并且今天分散在整个太阳系附近。数百万颗小行星在火星和木星之间的主小行星带中绕太阳运行，但其他被称为特洛伊小行星的小行星则占据着与木星和海王星相同的轨道，尽管它们成对分布在它们各自宿主行星前方或后方 60 度的地方。（火星也有一些特洛伊小行星，但朱伊特说，它们是“无关紧要的”群体。）
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天文学家长期以来一直在争论这些所谓的木星和海王星特洛伊小行星的起源。它们是形成行星的气体和尘埃盘的残余物吗？是从一开始就伴随着各自行星宿主的原始残留物吗？还是它们形成于更远的地方，可能是在遥远的柯伊伯带，只是后来才向太阳方向移动，被木星和海王星的引力捕获？
朱伊特认为，当太阳系从其诞生盘中合并时，特洛伊小行星形成于木星和海王星附近——在这个时代，与每个行星相比，小行星会更丰富，并且以较低的相对速度移动，从而促进它们的捕获。“如果你向我扔一个球，我可以接住它，”他说，“如果你向我射一颗子弹，我不会接住它。”
但许多关于太阳系历史最初几亿年的独立模拟描绘了一幅截然不同的景象。这些模拟表明，巨行星——木星、土星、天王星和海王星——的轨道经历了剧烈的变化，它们轮流向太阳方向移动数百万公里，或向柯伊伯带方向移动。根据大多数理论，这种“行星迁移”造成的引力混乱应该会扫除任何在宿主行星附近形成的木星和海王星特洛伊小行星。因此，许多天文学家怀疑，特洛伊小行星一定是来自柯伊伯带的迁移者，在行星动荡时期被抛到它们现在的位置。
为了解开特洛伊小行星起源之谜，朱伊特进行了他所谓的“最愚蠢的测试”——他将特洛伊小行星的颜色与柯伊伯带小行星的颜色进行了比较。他说，如果颜色匹配，那么人们可以得出结论，这两个群体可能来自同一个地方——柯伊伯带。
已知大量木星特洛伊小行星的颜色，因此朱伊特使用夏威夷的双 10 米凯克望远镜之一来研究海王星特洛伊小行星。收集这些天体的光需要如此巨大的望远镜，它们比木星的天体远六倍，亮度约为满月的 10 万亿分之一。朱伊特测量了六个海王星特洛伊小行星的光学颜色，并将他的数据与已发布的其他七个小行星的测量数据相结合。
他发现木星和海王星特洛伊小行星的颜色几乎相同。朱伊特说，这种相似性表明，每个行星的特洛伊小行星要么是从共同来源捕获的，要么暴露在相同的表面改性过程中。“这真是令人困惑，”北亚利桑那大学的天文学家查德·特鲁希略说，他没有参与这项研究。“海王星和木星这两个群体，它们的表面怎么可能相似？”特鲁希略说，他测量了朱伊特研究中使用的四个海王星特洛伊小行星的颜色。“它们相距很远，温度也大不相同。”
令朱伊特惊讶的是，数据还显示，这两组特洛伊小行星的颜色都比柯伊伯带中的小行星红得多，这挑战了这两个群体起源于遥远气候的理论。朱伊特推断，也许每个行星的特洛伊小行星实际上都是从柯伊伯带输入的，但在它们历史上的某个时刻经历了表面变化，使它们具有几乎相同的颜色。
然而，由于木星和海王星距离太阳的距离差异很大，这种解决方案并非没有缺陷，朱伊特指出。海王星比木星远得多，因此也冷得多。那里的平均温度约为零下 223 摄氏度，温度太低，无法驱动任何热引起的表面重塑，他说。相比之下，木星附近的温度徘徊在相对温和的零下 148 摄氏度，这足以从行星特洛伊小行星上的冰中释放出气体。“你会看到大量的气体喷发，这会驱动表面物质的喷射，”他说。这种表面重塑可能会改变小行星的颜色。“难题在于[海王星特洛伊小行星]看起来与它们的来源群体不一样，但没有明显的迹象表明它们的表面是如何被改变的，”朱伊特说，他在 10 月份的美国天文学会行星科学部年会上介绍了这些结果。今年早些时候，他还将他的研究结果发表在《天文学杂志》上。
识别一种可以重塑海王星特洛伊小行星表面的过程可以为这个谜团提供一个潜在的解决方案。一种可能性涉及碰撞——也许小行星相互碰撞会改变它们的颜色，因为撞击会使物质在它们的表面重新分布。但这个提议存在问题：撞击的频率预计太小，无法产生任何可观察到的特征。“我们不希望看到颜色变化，”朱伊特说。
“这些发现非常有趣，”西南研究院的行星天文学家亚历克斯·帕克说，他没有参与这项工作。但是海王星特洛伊小行星的奥秘可能更加深奥，帕克说，他测量了朱伊特调查中使用的三个海王星特洛伊小行星的颜色。今年早些时候，一项提交发表的研究发现，一颗海王星特洛伊小行星的表面非常红，暗示“故事必须比朱伊特提出的故事更加复杂，”他说。“海王星特洛伊小行星可能并非都具有共同的起源。”
研究人员一致认为，显然有必要对大量海王星特洛伊小行星进行额外观测。仔细观察木星特洛伊小行星也是明智的——美国宇航局的一项行星际任务 露西 将于 2021 年 10 月发射，以实现这一目标。朱伊特和其他天文学家也在热切等待大型综合巡天望远镜 (LSST) 的首次观测结果，该望远镜是位于智利的一台 8.4 米望远镜，将于 2020 年代初开始每周两次扫描整个夜空。“我们将测量到许多特洛伊小行星和柯伊伯带天体，”朱伊特说。“LSST 将对整个太阳系进行一次大扫荡。”