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【前沿報道】Science、Nature等:小行星Bennu和Ryugu的新發現對小行星起源和演化的新認識
2019-05-05 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  小行星等小天體被認為是構建地球等類地行星的建筑材料,也是太陽系演化早期的化石,還可能是地球生命的主要來源。以小行星和彗星為目標的小天體探測是深空探測的重要方向。日本于2003年首次開展了近地小行星25143 ItokawaS型)采樣返回任務,成功采集了上千顆微米大小的顆粒,通過對采集顆粒的精細分析,取得了重要科學成果。有鑒于第一次采樣返回任務的巨大成功,日本和美國分別啟動了新一輪的小行星采樣返回任務Hayabusa2OSIRIS-REx,旨在采集小行星25143 Itokawa101955 Bennu這兩個C型小行星的樣品帶回地球,開展生命起源、小行星演化、小行星資源等方面的科學探索。目前,這兩個探測計劃均已到達目標小行星,分別對RyuguBennu開展了近距離的探測,相關研究成果在Science、Nature、Nature Geoscience、Nature CommunicationsNature Astronomy等國際知名期刊發表,為揭示小行星的起源和演化提供了新認識。 

  Ryugu呈扁圓形(圖1),密度僅為1.19±0.02/厘米3,表明其具有高孔隙度特征,與Cb型小行星相符;此外,Ryugu表面分布大量的巖石碎塊,具有碎石堆結構的明顯特征。根據Ryugu表面坡度在經度和緯度方向的差異,推測Ryugu早期的自轉速率可能曾達到過現今的兩倍,導致有些巖石向赤道運移,同時有些石塊可能還被甩離Ryugu(Watanabe et al., 2019)。 

1 導航相機拍攝Ryugu的正面(A)和反面(B)照片(Watanabe et al., 2019    

  Ryugu存在普遍性的2.7 um吸收峰,說明其表面廣泛分布含羥基的礦物(Kitazato et al., 2019)。此外,Ryugu的可見-近紅外光譜與經歷過熱變質的CI1型碳質球粒隕石和遭受一定程度撞擊發生脫水反應的CM2型碳質球粒隕石比較相似,暗示Ryugu可能經歷過一定程度熱變質或較強烈的撞擊(Kitazato et al., 2019)。綜合目前對Ryugu地形地貌、物性和成分等方面的探測結果,認為Ryugu的母體曾經歷過水蝕變、熱變質和多次撞擊,最終由撞擊形成的碎塊重新吸積形成了現在的Ryugu(圖2),從而說明Ryugu并不是理想中最原始的星子(Sugita et al., 2019)。 

2 Ryugu形成的示意圖(Sugita et al., 2019)。最初吸積形成的Ryugu母體發生過強烈的水蝕變,由于26Al衰變和撞擊加熱,導致該母體發生脫水,同時導致母體破碎。撞擊形成的碎塊重新吸積形成小行星,可能后期還經歷過較強的撞擊從而形成現在的Ryugu    

  Bennu形態與Ryugu接近(圖3),密度與Ryugu相當,也為碎石堆結構(DellaGiustina et al., 2019),推測Bennu內部同樣主要由巖石碎塊和孔隙組成(Scheeres et al., 2019),除此之外Bennu的低緯度區域還具有低高程和低坡度特征(Barnouin et al., 2019; Hergenrother et al., 2019; Scheeres et al., 2019)。Bennu撞擊坑年代學統計表明Bennu表面的年齡為1-10億年,早于Bennu成為近地小行星的時間(Walsh et al., 2019)。Bennu的表面可見大量米級大小的巖石(如圖4),然而,熱紅外光譜、雷達和熱慣量探測結果則支持Bennu表面可能覆蓋了一層表土(DellaGiustina et al., 2019; Lauretta et al., 2019)。 

  Bennu具有含水礦物的2.7 um吸收峰(圖4c),該吸收峰明顯強于Ryugu,說明Bennu上的含水礦物比Ryugu豐富(Hamilton et al., 2019)。根據可見光—熱紅外波段的光譜特征,BennuCM型碳質球粒隕石最相似(Hamilton et al., 2019)。Bennu現在的大小并不能維持液態水,說明這些水可能來自更大的母體,該母體經過多期次的演化形成了Bennu (Hamilton et al., 2019),這與Bennu現在的表面特征、物性等觀測結果相符。目前認為,Bennu的早期的自轉速度比現在快很多,而且其自轉速度和表面的物質會隨時間不斷演化 (Barnouin et al., 2019; Scheeres et al., 2019; Walsh et al., 2019)。最近還發現Bennu表面持續噴射出碎塊,通量可達150/秒,這些噴射出的碎塊還會被Bennu重新捕獲成為它的衛星(Hergenrother et al., 2019),具體原因仍有待進一步觀測和研究。 

3  a)小行星Bennu的全球數字地形模型(Barnouin et al., 2019);(b)小行星Bennu拼接圖像(圖片來源:NASA

圖4 a、bBennu表面不同大小的巖石(Walsh et al., 2019);(cBennu與不同碳質球粒隕石的光譜。2.74 um處為Bennu吸收峰位置(Hamilton et al., 2019)

  RyuguBennu最新的探測結果表明,小行星雖然體型小,但仍然存在復雜的地質活動和演化歷史,更精細地認識還需返回樣品的實驗室分析來進一步厘定,這對我國小行星探測規劃具有重要參考價值。我國首次小行星采樣返回探測器將于2022年發射,計劃對地球準衛星2016 HO3進行采樣,探測器將返回艙送回地球后,將奔赴小行星帶開展主帶彗星和小行星探測,實現一次探測完成多目標、多技術、多手段的目標。 

 

  主要參考文獻 

  Barnouin O S, Daly M G, Palmer E E, et al. Shape of (101955) Bennu indicative of a rubble pile with internal stiffness[J]. Nature Geoscience, 2019, 12: 247-252.原文鏈接 

  DellaGiustina D N, Emery J P, Golish D R, et al. Properties of rubble-pile asteroid (101955) Bennu from OSIRIS-REx imaging and thermal analysis[J]. Nature Astronomy, 2019, 3(4): 341-351.原文鏈接 

  Hamilton V E, Simon A A, Christensen P R, et al. Evidence for widespread hydrated minerals on asteroid (101955) Bennu[J]. Nature Astronomy, 2019, 3(4): 332-340.原文鏈接 

  Hergenrother C W, Maleszewski C K, Nolan M C, et al. The operational environment and rotational acceleration of asteroid (101955) Bennu from OSIRIS-REx observations[J]. Nature communications, 2019, 10: 1291.原文鏈接 

  Kitazato K, Milliken R E, Iwata T, et al. The surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy[J]. Science, 2019, 364(6437): 272-275. 原文鏈接 

  Lauretta D S, DellaGiustina D N, Bennett C A, et al. The unexpected surface of asteroid (101955) Bennu[J]. Nature, 2019,568: 55-60. 原文鏈接 

  Scheeres D J, McMahon J W, French A S, et al. The dynamic geophysical environment of (101955) Bennu based on OSIRIS-REx measurements[J]. Nature Astronomy, 2019, 3(4): 352-361. 原文鏈接 

  Sugita S, Honda R, Morota T, et al. The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes[J]. Science, 2019, 364(6437): eaaw0422. 原文鏈接 

  Walsh K J, Jawin E R, Ballouz R L, et al. Craters, boulders and regolith of (101955) Bennu indicative of an old and dynamic surface[J]. Nature Geoscience, 2019, 12:242-246.原文鏈接  

  Watanabe S, Hirabayashi M, Hirata N, et al. Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu—A spinning top–shaped rubble pile[J]. Science, 2019, 364(6437): 268-272. 原文鏈接 

  (撰稿:王帥,胡森/地星室)

 
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