靈神星可能不是科學家期望的性質


靈神星(16號小行星Psyche)是一顆受到廣泛研究的金屬小行星,長期以來一直認為是一顆小行星的裸露鐵核,在太陽系的早期未能形成。但由美國亞利桑那大學領導的新研發現,這顆小行星可能不像以前認為的是金屬或稠密,並暗示一個截然不同的起源故事。

科學家對靈神星很感興趣,因為如果它推測的起源是真,它將提供一個近距離研究暴露的行星核心的機會。美國太空總署計劃於2022年啟動對靈神星探測任務,並於2026年抵達小行星。

亞利桑那大學本科生大衛·坎蒂洛(David Cantillo)的一項研究提出靈神星是82.5%金屬、7%低鐵輝石和10.5%碳質球粒隕石,可能是由其它小行星的撞擊產生。坎蒂洛團隊估計,靈神星的體積密度(也稱為孔隙率,指的是星體內有多少空隙)約為35%。

這些估計與過去對靈神星成分的分析不同,過去的分析導致研究人員估計它可能含有多達95%的金屬並且密度更大。

坎蒂洛說:「金屬含量和體積密度的下降很有趣,因為它顯示靈神星比以前認知的性質需要修改。」

它不是早期行星的完整裸露核心,實際上可能更接近瓦礫堆,類似於另一顆經過徹底研究的班努(Bennu)小行星 。亞利桑那大學領導美國太空總署的歐西里斯號(太陽系起源、光譜解析、資源識別、安全保障、小行星風化層探索者Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer,縮寫 OSIRIS-REx) 任務的科學任務團隊,該任務從班努小行星的表面取回了土壤樣本,現在正在返回地球。

坎蒂洛說:「作為瓦礫堆的靈神星是非常出乎意料的,但我們的數據繼續顯示它是低密度,雖然它的金屬含量很高。」

靈神星大約有美國麻省那麼大,科學家估計它包含所有小行星帶物質的1%左右。1852年,一位意大利天文學家首次發現它,這是發現的第16顆小行星。

坎蒂洛說:「金屬含量比以前認為的要低,這意味著這顆小行星可能與含有更常見的碳質球粒隕石的小行星發生碰撞,這些小行星沉積在靈神星的表面層。”美國太空總署黎明號在灶神星上也觀察到這一點。」

靈神星估計價值一京美元(一京等於一萬兆、一兆等於一萬億),但新發現可能會略微貶值這顆富含鐵的小行星。

坎蒂洛說:「這是第一個對靈神星表面內容設置一些特定限制的研究。早期的估計是一個好的開始,但這對這些數字進行了更多的改進。」

另一顆充分研究的班努小行星含有大量碳質球粒隕石物質,孔隙率超過50%,這是碎石堆的經典特徵。

如此高的孔隙率對於相對較小和質量較低的物體(例如:班努小行星)它只有帝國大廈那麼大,因為微弱的重力場可以防止物體的岩石和巨石過於緊密地堆積在一起。但是對於一個靈神星大小的物體來說如此多孔是出乎意料之外。

坎蒂洛說:「研究微行星的暴露核心機會極其罕見,這就是派太空船到那裡的原因,但我們的工作顯示,靈神星比預期的要有趣得多。」

過去對靈神星組成的估計是通過分析從它表面反射的陽光來完成。光的圖案與其它金屬物體的圖案相匹配。坎蒂洛團隊通過在實驗室中混合不同的材料並分析光模式,直到它們與望遠鏡對小行星的觀測相匹配,從而重建了靈神星的風化層(鬆散的岩石表面材料)。世界上只有少數實驗室在實踐這項技術,包括亞利桑那大學月球和行星實驗室以及位於馬里蘭州的約翰霍普金斯應用物理實驗室,坎蒂洛在高中時曾在那裡工作。

研究人員還認為,靈神星表面上的碳質材料含有大量的水,因此他們接下來將致力於合併來自地面望遠鏡和探測太空船對其它小行星飛行任務的數據,以幫助確定存在的水量。

【圖:美國太空總署;文:節譯自美國亞利桑那大學2021年6月10日新聞公佈】 研究全文刊登在2021年5月12日出版的《行星科學》期刊

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