新視野號探測「天空」小行星為認識太陽系早期演化提供重要線索
天文學家認為古柏帶（Kuiper belt）小行星是原地形成的原行星（protoplanet），在後期巨行星軌道遷移事件中未受到嚴重擾動，因此它們記錄了星雲形成原行星的詳細過程，是揭露太陽繫起源和早期演化的鑰匙。2006 年發射的新視野號（New Horizons）於2019 年1 月飛至古柏帶，對編號為486958「天空」（Arrokoth）小行星開展了近距離探測，首次獲得了古柏帶小行星高清的地形地貌、礦物成分、內部結構等資訊，為認識太陽系早期演化提供了重要線索。
「天空」小行星有著以下地質和地球物理特徵 ：它是一個雙小行星（Binary asteroid），由大（身體）小（頭部）兩個小行星粘連在一起（圖A），自轉週期為15.92±0.02 小時。其中身體尺寸為20.6×19.2×9.4公里 ，頭部尺寸為15.4×13.8×9.8公里 ，密度約500 kg/m^3，與楚留莫夫-格拉希門克彗星（67P/Churyumov–Gerasimenko）相當。全球0.6 微米歸一化反射率為0.23 ，身體和頭部均有反射率偏高的區域（圖B），天文學家認為是內部物質活動所致。綜合地形地貌和光譜數據，可以劃分為若干單元，包括隕石坑、洞、亮區、暗區、未熔融區等（圖C）。統計年代學分析結果顯示，隕石坑保存年齡為約40 億年，基本保留了太陽系形成以來的演化歷史。
「天空」小行星的礦物組成和溫度特徵如下 ：可見光波段的三波段合成假彩色圖片顯示，它具有比較均一的光譜特性，說明它表面的主要組成礦物分佈比較均勻。可見光波段具有明顯的變紅趨勢，即隨波長增加，反射率升高，升高幅度為27%/100nm；統計分析結果表明，它的頭部和身體的光譜特徵幾乎沒有差異。近紅外波段的反射光譜數據質量並不理想，通過擴大分析區域，給出「天空」小行星一些區域的近紅外光譜。累計平均的光譜曲線顯示，它在1.5-1.6 、2.0-2.1 、2.27 和2.34 微米波段存在一些吸收峰，表示存在甲醇、水冰和氨水，其中甲醇在2.27 和2.34 微米波段的吸收峰較強，可信度較高。微波熱輻射探測數據顯示「天空」小行星 的平均亮溫為29±5K ，結合密度、軌道、公轉週期等其他物理參數後，估算其春季的表面溫度為40-55K ，冬季可能為10-20K 。這些新發現顯示「天空」小行星是外太陽系星雲直接凝聚的原行星，而非內太陽系形成後遷移到外太陽系所致。夏冬兩季的溫度變化會導致一些組成氣體揮發份丟失，可能是導致它表面成分差異的主要原因。
根據「天空」小行星的地形地貌、物理性質和化學成分等，對比分析現有雙小行星的形成機制，並通過數值模擬計算，結果顯示只有在撞擊速度大約每秒2.9米條件下，兩個小行星才會形成這種形態特徵，天文學家認為「天空」小行星的形成機制在原行星生長階段可能具有普遍性。
【圖、文：節錄自中國科學院地質與地球物理研究所網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2020年2月29日出版的《科學》期刊
