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最遠天體“天空” 為什麼看起來像個雪人?

作者:由 NASA愛好者 發表于 文學日期:2023-01-23

什麼叫天體名稱

美國航空航天局(NASA)新視野號任務的資料,為我們提供了小行星(planetesimal)和行星(行星組成結構)形成方式的新見解。

最遠天體“天空” 為什麼看起來像個雪人?

阿羅科斯(Arrokoth),別稱“天涯海角”(Ultima Thule)。

圖片來源:Quapan/Flickr, CC BY-SA

在2019年1月1日,新視野號任務拍攝了2014 MU69的影象,這是一個距離太陽66億公里的小天體,也是有史以來人類航天器訪問過的最遙遠天體。根據形狀,這一天體常被描繪成“雪人”、“保齡球”或是“花生”。在上面的圖片裡,我們看到的是太陽系中最古老、最原始的天體之一。

雖然只用了幾分鐘的時間,新視野號就以3500公里的最近距離飛越了這顆神秘的天體,但是在這短短的幾分鐘時間裡新視野號物盡其用,記錄了大量寶貴的資訊。由於新視野號與地球相距甚遠,且資料傳輸速度相對緩慢,這幾分鐘記錄的資料花費了好幾個月才順利從航天器下載下來。

而現在,新視野號的任務團隊在《科學》(Science)上發表了一系列研究論文,並於2月13日在西雅圖舉行的美國科學促進會(American Association for the Advancement of Science,AAAS)年會的媒體釋出會上作了報告,向我們展現了雖然記錄時間只有短短的幾分鐘,但經過精心地策劃和協調後,我們可以瞭解到的資訊與新知有多豐富。這些論文對它進行了詳盡的描述,它的形狀沒有發生改變,仍然是“雪人”或“花生”的樣子,但現在我們知道了為什麼它會是這樣的形狀。相關的解釋將幫助我們更多地瞭解那些太陽系中從始至終變化甚微的天體。

美國西南研究所(Southwest Research Institute)新視野號任務的首席研究員艾倫斯特恩(Alan Stern)表示:“它是人類航天器探索過的最遙遠、最早期、最原始的天體,因此我們知道它會帶給我們一個獨特的故事,它將教會我們小行星是如何形成的,我們相信這一結果標誌著在理解小行星和行星的整體形成方面有了重大進步。”

這一天體位於柯伊伯帶(Kuiper Belt),“柯伊伯帶天體”形成了一條密集的中空圓盤狀小天體帶,延伸到海王星的軌道之外。它是太陽系形成過程中的低溫、岩石態的殘留碎片;這枚問題天體的顏色頗深,略帶紅色,它的雙瓣狀外觀類似於67P /丘留莫夫-格拉西緬科(67P / Churyumov-Gerasimenko)彗星,這是歐洲空間局(ESA)極為成功的羅塞塔號(Rosetta)任務的探索目標。

“阿羅科斯”——來自天空的靈感

在深入瞭解這個36公里長的天體可以帶給我們的資訊之前,我們應該先弄清楚如何正確地稱呼它。它叫什麼?它的正式名稱仍然是2014 MU69,但是,與其他的重要天文學物體一樣,它被賦予了一個更朗朗上口的名字。新視野號完成飛越的好幾個月後,2014 MU69被稱為“ Ultima Thule”,意為“天涯海角”(遙遠的土地),而2014 MU69無疑曾是(現在也是)真正意義上的“天涯海角”。

但是這個別稱頗具爭議,因為它與納粹主義相關聯,根據極右翼極端主義,“圖勒”(Thule)曾被作為“雅利安人”(Aryan race)原始起源地的名稱。新視野號團隊也表示希望能有一個更為具體的名稱。2019年11月,國際天文學聯合會(International Astronomical Union,一個監督天文學物體命名的組織)同意將2014 MU69正式命名為“ 阿羅科斯”(Arrokoth)。

為什麼是阿羅科斯?浩渺的星空給一代又一代的文人和音樂創作者帶來了無限靈感,它為神話與傳說提供了背景,是天文愛好者們無價而又免費的全景觀測圖。天空廣闊無垠,無邊無際,正因如此,當新視野號任務團隊在尋找“天涯海角”的正式名稱時,他們向天空尋求了靈感。

阿羅科斯是一個美洲原住民術語,意為“天空”,正如斯特恩解釋說:“‘Arrokoth’這個名字反映了仰望天空所獲得的靈感,以及對於地球周圍恆星和行星世界的遐想。”

溫柔的合併

回到阿羅科斯的外形上,它是一種雙瓣連線物,也就是說它擁有兩瓣連在一起的結構。在新視野號剛完成飛越的時候我們就已經知道這一點了,但現在,研究人員又收到了解析度更高的影象,從中我們可以看到阿羅科斯的表面非常平滑,少有坑穴。

最遠天體“天空” 為什麼看起來像個雪人?

阿羅科斯的表面顏色均勻、成分均一,表明這個柯伊伯帶天體是由太陽星雲(solar nebula)中一小塊均勻的物質雲所形成的,而不是來自太陽星雲中更為離散部分的混沌物質。並且,前者支援了一種理論,那就是阿羅科斯形成於太陽星雲內的雲層區域性塌陷之中。不同於小行星在等級式吸積中的高速碰撞,在粒子云塌陷中,粒子會緩慢融合並逐漸變大。

圖片來源:NASA / 約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)/西南研究所/羅曼特卡琴科(Roman Tkachenko)

其中最重要的一點是兩個瓣狀結構的連線方式,這兩瓣之間的連線部分輪廓清晰,並且在現有的圖片裡看起來非常平滑,沒有任何裂縫存在的跡象,這表明自行星形成時代結束以來,阿羅科斯的表面一直保持完好無損。這一點很重要,因為如果兩個瓣狀結構是由強烈的衝擊撞連在一起的,或者是來自較大物體撞擊留下的碎片,那麼裂縫就必然會存在。

斯特恩說:“我們發現的所有證據都指向粒子云塌陷模型(particle-cloud collapse model),幾乎排除了阿羅科斯是由等級式吸積(hierarchical accretion)形成的,也由此推斷出其他小行星的形成方式。”

可能的解釋是,兩個瓣狀結構一開始就被引力“綁”在了一起,在碰撞之前以較小的相對速度各自緩慢旋轉;並且撞在一起時的速度也很緩慢,大約只有幾米每秒;碰撞時還存在足夠的氣體作為緩衝,減慢兩部分的旋轉速度並幫助它們一起移動:這樣一來才產生了如此“溫柔”的撞擊合併。

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利用新視野號所有可用的、從多個角度拍攝的阿羅科斯影象,科學家對它的三維形狀進行了成像,如上面的動畫所示。阿羅科斯的形狀讓我們能進一步瞭解它的起源,每個瓣狀結構都呈扁平形狀,它們的極點和赤道都非常緊密地對齊,表明這兩個瓣狀結構是有序、輕柔地結合在一起的,並且來自同一個粒子云坍縮。

影片來源:NASA /約翰霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究所/詹姆斯塔特爾基恩(James Tuttle Keane)

儘管目前我們將這兩個瓣狀結構各自看作是單一的物體,而不是更小單元的累加,它們內部的顏色、傾斜度和平滑度仍不盡相同,相應的變化也能繪製成不同的地形特徵。依據現有的資訊,我們還不足以確定這些單元是否具有不同的礦物學性質,但是資料表明,即使顏色的變化非常微妙,它們也還是能被區分開來。

阿羅科斯的表面被甲醇冰和複雜的有機化合物沉積物所覆蓋,這些有機物很可能是直接從太陽誕生的原始雲(primordial cloud)中衍生出來的物質,混合在表面的輻射驅動反應產生的更為複雜的化合物中。儘管尚未在阿羅科斯上發現水和氨冰,但它們可能存在於塵埃和有機物的表層下方。另一方面,鑑於柯伊伯帶極低的溫度,阿羅科斯上不太可能有任何生命存在。

阿羅科斯的兩個瓣狀結構可能分別是由原始雲中的塵埃聚集而成的,這讓它成為了太陽系的“第一代居住者”,在過去45。67億年的時間裡,它一直過著無人攪擾的悠閒生活。

NASA行星科學部(Planetary Science Division)主任洛麗格萊茲(Lori Glaze)說:“對於已經非常成功且具有歷史意義的任務而言,這確實是一個令人振奮的發現, NASA的新視野號接二連三的發現令人震驚,因為它重塑了我們對太陽系中的行星體在整個宇宙中形成方式的認識和理解。”

“天空”並不是新視野號任務的極限,即便阿羅科斯的相關資料還沒有全部傳回地球,新視野號仍在馬不停蹄地奔向它的下一個目標,以每小時近31 300英里(50 400公里)的速度深入柯伊伯帶。而下一個目標又會是怎樣的形狀呢?雪人?葫蘆瓢?還是花生?

參考來源:

[1]https://www。nasa。gov/feature/new-horizons-team-uncovers-a-critical-piece-of-the-planetary-formation-puzzle

[2]https://theconversation。com/why-the-most-distant-object-ever-visited-looks-like-a-snowman-flyby-delivers-results-131797

[3]https://science。sciencemag。org/lookup/doi/10。1126/science。aay3999

[4]https://science。sciencemag。org/lookup/doi/10。1126/science。aay3705