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图片来源:dlr.de图片来源:dlr.de图片来源:科技日报/本报记者唐婷太阳系形成于45亿年前。围绕太阳系中心运行的无数类似“碎片”的小行星是太阳系早期形成的见证。它们大多是富含碳的C型小行星。在这数十亿年中,C型小行星几乎没有改变,就像一个保存古代物质的“时间胶囊”。《隼鸟2》的目标——琉球就是其中之一。近日,“猎鹰二号”发回的红外图像数据已发表在《自然》杂志上,显示“龙宫”几乎完全由多孔疏松材料构成。

科学家推测,以“龙宫”为代表的C型小行星脆弱的多孔结构可能与在原始太阳星云中形成并在多次碰撞中积累形成行星的天文学相似。然而,到目前为止,我们还没有完全了解早期太阳系的形成历史。许多相关理论都是建立在模型数据的基础上,没有得到实际观测的证实。现在,猎鹰二号正带着龙宫的样品返回途中。科学家希望从这些样品中找到答案。C型小行星见证了太阳系“少年”C型小行星是一种含碳小行星,也是太阳系中最丰富、最原始的小行星类型。

它们约占已知小行星总数的75%,在太阳系小行星主带中所占比例较高,并深入主带外缘。”由于C型小行星自诞生以来体积小、演化程度低,仍保留了原始小行星时期的大部分物理条件,如包层、孔隙率和粒径分布等。因此,它们的存在为理解太阳系的起源和演化提供了线索。”中国科学院国家天文台研究员平劲松说。在晴朗的夜空中,很难捕捉到C型小行星。由于它们的高孔隙率和低反照率,它们比夜空中其他类型的小行星要暗,需要用小型光学望远镜才能看到。

天文观测表明,这些小行星除了没有氢、氦和挥发物外,其化学成分与原始太阳星云几乎相同,还含有水合矿物。总的来说,C型小行星的光谱与碳质球粒陨石非常相似。一般认为,降落在地球表面的碳质球粒陨石很可能来自C型小行星。我们的结论是,形成太阳系的太阳星云的成分也保存在碳质球粒陨石中。”组成太阳系的气体和尘埃物质可能在以前与第一代和第二代恒星的诞生有关。”平劲松指出,在过去的几十年中,科学家发现了碳质球粒陨石中许多元素的特殊同位素组成的变化。

这种成分的变化不能用太阳系的内部过程来解释。对于太阳系来说,同位素组成的这种变化可能是太阳系形成的内在原因。长期以来,科学家们希望通过探索C型小行星来了解太阳系行星系统的诞生和早期行星演化过程。在隼鸟二号探索龙宫之前,美国宇航局还探索了另一颗C型小行星,253颗玛蒂尔德。同时发现其表面有一松散结构,并解释可能是流星撞击产生的松散物质。事实上,关于太阳系中行星的诞生有各种各样的假说。平说,一个被广泛接受的假设是,太阳系中的许多行星都是在“太阳星云”中形成的,而“太阳星云”是太阳形成过程中残留的气体和尘埃形成的圆盘状云。

太阳星云中有许多硅酸盐尘埃、冰和其他微粒。通过吸积,这些粒子形成直径为1到10公里的微小物体。然后它们相互碰撞,形成直径数公里至数十公里的更大、多孔、松散的碎石堆,成为太阳系第一颗行星恒星或微型行星。这些恒星是许多次聚集的星际粒子团。它们通过进一步的碰撞而逐渐增大。在离太阳和地球4天以内的内行星区域,由于温度过高,水和甲烷等挥发性分子很难聚集。在那里形成的大多数恒星都是高熔点物质。这些物质在宇宙中是如此罕见,以致类地行星生长不多。

据信,行星形成时代结束后,太阳系中有50-100个行星胚胎。这些行星胚胎自形成以来经历了相当大的变化。他们之间的冲突还在继续。没有恒星之间的碰撞和聚集,就不可能形成一个巨大的单个行星。龙宫是一颗C型近地小行星。离太阳最近和最远的距离分别是太阳与地球平均距离的0.96倍和1.42倍。据近红外光谱观察,“龙宫”大部分光谱特征不明显,与CM型碳质球粒陨石非常接近。厘米型碳质球粒陨石,含高比例的水和有机化合物。

挥发性、有机物和水的存在表明它们在形成时没有经历一定程度的加热。因此,它的大部分矿物成分保持了原始的物理化学状态,记录了早期太阳星云的演化特征,以及其母星的演化特征。去年4月,“猎鹰二号”向龙宫发射了一枚2公斤重的铜弹,击中龙宫表面,炸掉了碎石和岩石,甚至移动了一块5米宽的巨石,形成了一个外径10米以上、深度2-3米的人工撞击坑,通过观察新陨石坑的形成,研究人员发现“龙宫”的表面不是很坚固,它更像是一堆有许多缝隙的沙子,而不是一块坚固的岩石。

此次“龙宫”实验的主要目的是收集小行星撞击后表面以下含有物质的原始样本。红外成像为“龙宫”的红外成像分析带来了新的发现,类似于探矿的光谱分析。通过近红外分光光度计的观测,可以获得小天体矿物和岩石表面的连续光谱,进而了解表面物质的粒度、孔隙率、漂石丰度、粗糙度等信息。猎鹰二号上的热红外成像仪拍摄了龙宫周围的全球热图像。红外图像分析表明,龙宫地表岩体温度与周围物质相近,热惯量低。据研究人员介绍,这种低热惯性表明,龙宫地表岩体比典型的碳质球粒陨石更具多孔性,说明其周围是直径超过10厘米的多孔砾石材料。

近红外探测也证实了这些多孔砂的存在。同时,“龙宫”的遥感热成像观测结果也显示了其可能的形成历史,即它是母体撞击碎屑形成的碎石桩,其微孔隙约为30%~50%,固结度较低。表面上的一些致密巨砾可能来自最内部的固结区,也可能是外生的。在平劲松看来,以“龙宫”为代表的C型小行星脆弱的多孔结构可能与原恒星相似,内部冰在演化过程中可能升华,从而形成多孔不安全的结构。“龙宫”表面之所以是一种不均匀的砂土层,可能是因为它在运行过程中遇到了很多冲击,导致冰被冲击融化,从而失水。

根据计划,“猎鹰二号”将在2020年底前飞越地球,并将采集到的岩石样本送往澳大利亚南部的伍默拉沙漠。科学家们期待着它带来的珍贵礼物。。。

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