为什么这么多微小的小行星都有卫星?

科学家们正在为双小行星的形成提出新的解释

Black and white image of the asteroid Ida and its moon Dactyl

小行星艾女星及其卫星达克蒂耳,由伽利略探测器于 1993 年拍摄。

NASA/JPL

你可能会认为小行星只是漂浮在太空中的各种大小的岩石。但它们远比这复杂得多:它们在大小、形状、成分甚至随时间变化的方式上都表现出令人难以置信的多样性。

如果你以前确实对它们不屑一顾,也不要感到难过。直到过去几十年,天文学家才开始意识到它们有多么有趣。长期以来,小行星一直受到鄙视;它们甚至被称为“天空中的害虫”,因为它们倾向于“抢镜”天文学家对“重要”天体的观测,例如恒星和星系。

随着天文设备和技术的多年改进,小行星开始崭露头角。现在,借助航天器,我们可以近距离研究更多的小行星,并更好地欣赏它们的复杂性,尤其是在围绕微小卫星运行的小行星方面。


关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保未来能够持续产出关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的报道。


是的,就像较大的行星一样,小行星也可以有卫星!

小行星竟然可以拥有卫星,这一事实本身就令人惊讶。第一个此类“双小行星”是在 NASA 的木星探测器伽利略号于 1993 年飞掠长 60 公里的小行星艾女星时发现的,它发现了达克蒂耳,这是一个较小的 1.6 公里宽的轨道伴星。从那时起,科学家们又发现了数百个,但小行星卫星的起源仍然有点神秘。一种观点认为,它们与母天体同时诞生,可能是在撞击更大的小行星期间。当来自大岩石的碎片被喷射出来时,其中一些碎片会聚集在一起形成多个天体。如果其中两个天体以大致相同的速度移动,它们就会因引力而束缚在一起,形成一颗带有卫星的小行星。也可能在小行星遭受低速碰撞后,碎片直接聚结形成卫星。

这可以解释所看到的一些成对现象,但——这在天文学中是一个常见的模式——情况比最初想象的要复杂得多。许多(如果不是大多数)较小的小行星都是“瓦砾堆”,由小岩石松散地通过它们自身的相互引力结合在一起。它们更像是建筑坑中的瓦砾堆,而不是单个的、整体的天体。航天器已经访问了几个靠近地球的小行星,它们都是瓦砾堆。

例如,近地小行星迪迪莫斯宽约 850 米,并有一个卫星迪莫弗斯,其宽度约为其五分之一。两者都是瓦砾堆。这种基本相似性使得有可能进行有启发性的比较。两个天体都是扁球状的,就像一个被人坐过的沙滩球;这正是你对像迪迪莫斯这样快速旋转的瓦砾堆所期望的,它的自转周期约为两小时。如此快速的自转在迪迪莫斯的赤道处产生了显着的离心力,使得小行星(一种由较小岩石组成的松散集合体)随着岩石向其中心滚动而变平。迪莫弗斯的扁球状形状更令人费解,因为这颗微小的卫星自转速度太慢(大约每 12 小时一次),无法产生足够的小行星扁平化离心力。那么迪莫弗斯是如何被压扁的呢?

发表在行星科学期刊伊卡洛斯上的研究提出了一个可能的答案,这也可能解释在双小行星中看到的更广泛的形状种类。

关于小行星卫星初始形成的主要假设是所谓的质量脱落。在这种情景中,主(较大)小行星旋转得非常快,以至于从其表面喷射出物质,很像旧式的旋转游乐设备,当它快速旋转时,会将孩子们甩出去。(这些设备不再流行,可能是因为它们的设计就是为了把孩子们甩出去。)然而,人们认为小行星一开始的自转速度不足以射出岩石。相反,它们可能在诞生时自转缓慢,但由于一个不太可能的来源:阳光,它们的自转速度会逐渐增加。

一个非常奇怪但经过彻底验证的物理学怪癖是,虽然光子——光粒子——没有质量,但它们确实具有动量。这意味着光子可以推动小行星以改变其自转:岩石吸收来自太阳的光,然后以红外光的形式重新发射能量。

如果小行星是一个完美的光滑球体,这个过程将是对称的,并且不会发生任何变化。然而,小行星不是完美的球体;它们更像凹凸不平的太空土豆。正因为如此,吸收的阳光不会在每个方向上均匀地重新辐射,而是在某些方向上比其他方向更多。这就像一个非常小的火箭推力,稍微改变了小行星的自转,并最终可以加速自转到离心力超过小行星微弱引力的程度。然后,小行星可以开始从其赤道向太空 shedding 物质。顺便说一句,这种自旋加速被称为 YORP 效应,它是 Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack 效应的缩写,以纪念首次推导出该效应的科学家们。这个名字太拗口了,所以 YORP 更容易(也更有趣)说出口。

对于一个相当大的小行星,一个几百米宽的小行星,该物质不会被抛出得足够快以完全逃逸。相反,它在小行星周围形成一个轨道盘。如果该物质太靠近表面,来自小行星的潮汐力会将其拉开,阻止圆盘聚集成卫星。然而,潮汐力随着距离的增加而减弱,因此足够远的圆盘可以产生小行星的伴随卫星。

即便如此,潮汐力也足以影响卫星的形成方式。圆盘的物质最有可能从径向(由内向外)方向落到正在形成的卫星上,将卫星塑造成鸡蛋或橄榄球形状——即所谓的长轴指向母体的长椭球体。如果不受干扰,这就是大多数小行星卫星应该具有的形状。

但是形成卫星是一件混乱的事情。较小的碎片可能会出现,然后又会碰撞。科学家们在他们的伊卡洛斯研究中发现,这些碰撞也可以改变整个卫星的形状,将其从长椭球体转变为扁球体,就像我们在迪莫弗斯看到的那样。整体形状取决于碰撞的剧烈程度以及几何形状,但扁球状是一个常见的终点。

有趣的是,他们还发现,对于密度较大的主小行星,它们表现出更强的潮汐力,在它们各自形成过程中,两个长椭球形卫星之间的碰撞可以产生所谓的双瓣小行星——两个较小的质量体相互接触,就像构成典型的雪人底部三分之二的两个雪球。就在去年年底,当 NASA 的露西任务拍摄了小行星丁基内什的近距离图像时,发现其卫星塞拉姆呈现出这种奇异的双瓣形态,从而发现了这样一颗小行星卫星。

小行星还可以呈现其他形状,例如 贝努龙宫的神秘菱形;每一个看起来都像一对底对底粘在一起的侵蚀金字塔。那里的雕刻机制尚不清楚;它可能是由上述大部分因素加上低重力下锯齿状岩石相互移动的方式引起的。甚至有一种假设认为,龙宫最初是一颗彗星,并在失去物质后变成了一颗小行星

显然,关于太空岩石还有很多东西需要学习。鉴于它们仍然可能撞击我们的星球并造成广泛的破坏,尽可能多地了解它们不仅满足了我们为热爱科学而获取知识的需求,而且还可以提高人类继续生存下去的能力。

© . All rights reserved.