“高尔夫球”小行星帕拉斯的新图像

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简介：1802年小行星Pallas首次被观测到，几个世纪以来，天文学家一直试图了解它，根据照片显示它像一个高尔夫球。它坑坑洼洼的表面和运行轨道表明它经历了多次高速撞击。最新研究表明它很可能是由数十亿年前水冰和硅酸盐结合物形成。

1802年，德国天文学家海因里希奥伯斯在主行星带内观察到一颗行星。随着时间流逝，天文学家们为这个天体取名为帕拉斯（智神星Pallas），这是希腊女战神雅典娜的另一个名字。随后在对主行星带中更多的行星进行研究发现帕拉斯需被重新分类为一颗大的小行星，这也是继谷神星和灶神星后在行星带中第三大小行星。

数百年来，天文学家力求获得一个更好的帕拉斯图像，来研究更多关于它的大小、形状和组成的信息。到了世纪之交，天文学家已经得出结论：它是一个扁圆的小行星（一个拉长的球体）。多亏了国际团队的新研究，终于拍下了帕拉斯的第一张细节照片，该照片揭示了它的形状更类似于一个“高尔夫球”——即存在着严重凹陷。

图解：帕拉斯。

法国马赛天体物理学实验室的皮埃尔韦尔纳扎，他是团队中的首席研究员，该团队成员来自全世界21个研究机构。米歇尔马塞特，一位麻省理工学院地球系大气与行星科学专业的博士后，作为主要作者将这些工作发表在了《自然天文学》杂志上。

图解：在太阳系内和木星的小行星：甜甜圈形的小行星带在木星和火星轨道之间。图源：Wikipedia

几百年来，天文学家已经知道与主小行星带的主体相比，帕拉斯是沿着一个高度倾斜的轨道运动的。鉴于这些小行星中的大部分沿着同样的大致椭圆的轨道围绕着太阳，且轨道倾角小于30，帕拉斯的轨道相对于太阳平面倾斜角度为34.837（原因不明）。

为了他们的研究，韦尔纳扎和他的团队获得了11张帕拉斯的图像，该图片由欧洲南方天文台的超大型望远镜（VLT）上的光谱比色法高对比度系外行星研究仪器（SPHERE）拍摄。这些图片都是在2017-2019年间，当帕拉斯在其轨道距离地球最近的点时拍摄的，他们团队在此期间保留了组成VLT四台望远镜的其中一台来捕获帕拉斯的图像。

多亏了SPHERE仪器上的极端适应性光学系统，韦尔纳扎团队观察到帕拉斯表面被陨石坑完全覆盖就如同高尔夫球一般。为了解释这个问题，该团队考虑了在它围绕太阳运行完整一周的超过四年半的时间内（1686天）倾斜轨道导致帕拉斯经历众多影响的可能性。

经他们计算，这些影响是在同一轨道两颗小行星碰撞所造成的破坏的四倍。正如马塞特向MIT新闻所解释的那样：“帕拉斯的轨道意味着有极高速度的影响。从这些图像来看，可以发现帕拉斯是我们所知的小行星带里最坑坑洼洼的天体，这就像是发现了一个新世界。”

图解：帕拉斯围绕太阳的高度倾斜的轨道。图源：Osamu Ajiki (AstroArts)；Ron Baalke (JPL)

研究团队使用由不同方向拍摄的11张图片进行编辑，对小行星的形状以及小行星极点和赤道地区的撞击坑地形图进行了3D重构。从这些图像中，研究人员可以识别出36个直径大于30 km(18.64 mi)的撞击坑，此直径差不多是导致恐龙灭亡的希克苏鲁伯陨石坑的五分之一。

图解：希克苏鲁伯陨石坑。图源：百度

尽管与地球和其他天体上发现的陨石坑相比，帕拉斯的陨石坑较小，但这些陨石坑似乎覆盖了小行星表面至少10%的地方，这表明了它曾经具有颇为狂暴的历史。为确定有多么狂暴，研究团队进行了一系列模拟，模拟四十亿年前它形成时，帕拉斯（以及谷神星和灶神星）和主行星带剩余部分的相互作用。

这些模拟将小行星的尺寸、质量和轨道性能以及主行星带内物体的速度和大小分布都考虑进去了。然后研究人员全程记录下与三个天体中的任何一个相撞的模拟撞击，该撞击会产生至少40 km宽(25 mi)的撞击坑（与帕拉斯绝大部分撞击坑尺寸一致）。他们发现帕拉斯上40 km的撞击坑可能是由比谷神星和灶神星小得多的物体制造出来的。

由于小的小行星在小行星带上比大的更常见，这意味着帕拉斯相比其他同等天体更可能经历高速撞击事件。如马塞特说得那样：“帕拉斯相比谷神星和灶神星经受了2到3倍的撞击，还有它的倾斜轨道直接解释了我们没有在另外两个小行星上见到如此怪异的表面的原因。”

还有其他发现来自于最新的帕拉斯图像，拍摄了南半球的一个亮点以及沿赤道的一个巨大撞击盆地。然而该团队未确认这个亮点可能是什么，他们推理可能是表面有大量的盐沉积。基于部分3D重建结果，研究人员更新了对于帕拉斯体积的预估（研究人员将其与它的质量结合进行）。

从这可以看出，经研究团队计算帕拉斯在密度上与谷神星和灶神星不同，它可能是在数十亿年前由冰和硅酸盐组成。随着时间流逝，当冰逐渐融化，会使得硅酸盐水合化，从而在内部形成盐沉积，在遭到撞击后被暴露出来。另一个可能的支持证据就是双子座流星雨。

双子座流星雨发生在每年十二月份当地球穿越小行星法厄松的碎片云的时候，法厄松是一颗近地小行星，它被认为是帕拉斯的碎片，并最终进入了地球轨道。鉴于双子座的钠含量范围较大，马塞特和他的同事推测这些钠盐可能是来源于帕拉斯的盐沉积。

图解：法厄松。图源：百度

至于对这个宽约400千米(250 mi)的撞击盆地，研究团队沿着赤道并追踪可能造成的碎片模拟了不同的撞击。从他们的模拟，团队可以推断该撞击盆地可能是17亿年前与一个人直径20至40千米(12.5~25 mi)的物体碰撞的结果。

这次撞击使得碎片被弹射至太空中然后坠落至小行星上，形成的模式正好与在帕拉斯后尾随的一系列碎片相符。换句话说，这种解释符合现知的“帕拉斯系列”碎片。正如马塞特预测的那样，最新的观测和理论也为向帕拉斯低价飞行增进了解提供了依据。

“人们已经提议向帕拉斯发射非常小且廉价的卫星。我不知道这是否会发生，但这项任务会告诉我们更多关于帕拉斯表面和亮点起源的信息。”

这些发现是近几年来在主小行星带内的一系列发现中最新的。这些包括了在黎明任务中确认了谷神星上生命存在的构成部分，哈勃发现的两颗运动类似彗星的双星小行星，以及（小行星带中质量第四大的星体）实际上是球体，这使它成为了太阳系最小的此类星体。

然后研究表明原始的小行星带可能一直是空的，直到较大行星的迁移使其被太阳系形成的遗留星体所填满。难怪那么多科学家希望向那里运送一艘航天器，航天器可能是蒸汽驱动的来保证成本效益和寿命。

作者: Matt Williams

FY: Miss K

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