授人口实C型小行星见证太阳系“幼年” “龙宫”红外成像带来新发现

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#109127#C型小行星见证太阳系“幼年” “龙宫”红外成像带来新发现
太阳系构成于大约45亿年前。无数“碎片”1样绕太阳系中心轨道运行的小行星，是太阳系初期构成进程的见证者。它们中的大部份是碳含量丰富的C型小行星。
在这几10亿年间，C型小行星几近没甚么变化，犹如“时间胶囊”1般将古老时期的物资保存了起来。日本“隼鸟2号”（Hayabusa2）探测器的目标“龙宫”（Ryugu）便是其中1颗。
近日，“隼鸟2号”传回的红外图象数据已发表在《自然》杂志上，显现出“龙宫”几近完全由多孔的疏松物资组成。科学家推测，以“龙宫”为代表的C型小行星，其脆弱的多孔结构可能类似于星子，星子构成于原始的太阳星云，并在无数次碰撞中积累构成行星。
但是，迄今为止，我们并未完全了解太阳系初期的构成历史，许多相干理论都是建立在模型数据基础之上，还没有得到实际观测的证实。现在，携带“龙宫”样本的“隼鸟2号”正在归来的途中，科学家希望能通过这些样本找到这个答案。
C型小行星见证太阳系“幼年”
C型小行星是1类含碳的小行星，也是太阳系中最为丰富和原始的小行星类型。它们约占已知小行星总数的75%，在太阳系小行星主带里的占比更高，并且深入主带外缘。
“由于体积较小，诞生以来的进化程度较低，C型小行星依然保存着大多数原始小行星时期的物理条件，诸如包络外壳、孔隙度和粒度散布等。因此，它们的存在，为理解太阳系的起源和演变提供了线索。”中国科学院国家天文台研究员平劲松介绍道。
晴朗的夜空里，我们很难捕捉到C型小行星的身影。由于孔隙度高、反照率极低，它们在夜空里比其他类型的小行星更暗，需要使用小型光学天文望远镜才看得见。天文观测表明，这类小行星的光谱中除不含氢、氦和挥发物以外，它们的化学组成和原始的太阳星云几近1样，也有水合矿物。
整体上看，C型小行星的光谱与碳质球粒陨石非常类似。1般认为，降落在地球表面上的碳质球粒陨石极可能来源于C型小行星。并由此推断，碳质球粒陨石中也保存了构成太阳系的太阳星云的成份。
“构成太阳系的气体和尘埃物资，在之前可能参与过初期1代、2代恒星的诞生进程。”平劲松指出，数10年来科学家们在碳质球粒陨石中发现，多种元素的特殊同位素组成有变化。这类组成变化没法用太阳系内部进程进行解释。对太阳系来讲，这类同位素组成的变化，多是太阳系构成时就固有的。
1直以来，科学家希望通过探测C型小行星，来了解太阳系行星系统的诞生和初期行星演变的进程。在“隼鸟2号”探测“龙宫”之前，美国国家航空航天局曾针对另外一个编号为253马蒂尔德的C型小行星
进行了探测，一样发现它的表面存在疏松结构，并解释其多是流星撞击产生的疏松物资。
事实上，关于太阳系行星诞生的进程，有着各种假说。平劲松介绍，其中1种广为认同的假说认为，太阳系里诸多行星成形于“太阳星云”，太阳星云是太阳构成进程中剩下的气体和尘埃构成的圆盘状云。
太阳星云中有着大量的硅酸盐尘埃和冰等细颗粒物资。通过吸积会聚，这些颗粒构成1到10千米直径的块状物微小天体。然后它们相互碰撞，构成更大尺寸、多孔疏松的碎石堆，直径约几千米到几10千米，成为第1批太阳系的行星星子或微行星。
这些星子们是经过量次聚合的星际颗粒疏松结合而成的团块，它们通过进1步相撞逐步加大尺寸。在距太阳4个日地距离之内的内行星区域，由于过于温暖以致于易挥发的如水和甲烷份子难以聚集，那里构成的星子大部份由高熔点的物资构成。这些物资在宇宙中很希少，致使类地行星不会长得太大。
研究认为，行星构成时期结束后，太阳系有50—100个行星胚胎。这些行星胚胎从构成开始经历了相当大的变化。它们之间的碰撞1直延续产生。没有星子之间的碰撞聚合，就没法构成巨大的行星个体。
“龙宫”藏着解题线索
“龙宫”是1个C型的近地小行星，距离太阳最近和最远距离分别是日地平均距离的0.96倍和1.42倍。“隼鸟2号”通过近红外光谱观测确认，“龙宫”大部份光谱没有特点，和CM类型的碳质球粒陨石10分接近。
CM类型的碳质球粒陨石，包括高百分比的水和有机化合物。挥发性、有机化合物和水的存在，显示它们构成时没有经历过1定程度的加热。因此，它的矿物成分大多数保持了原始的物理化学状态，记录了初期太阳星云演变的特点，和他们母体星子的演变特点。
去年4月，“隼鸟2号”向“龙宫”发射了1枚2千克重的铜炮弹，击中“龙宫”表层，炸开了沙砾和岩石，乃至移动了1块5米宽的巨石，构成1个外缘直径大于10米、深2—3米的人工撞击坑。
通过视察这个新陨石坑的构成，研究人员发现，“龙宫”的表面其实不是很坚固，它更像是有许多空隙的沙砾堆积而成，而不是整块坚固的岩石。这项针对“龙宫”的实验，主要目的是在撞击后搜集包括有小行星地表以下物资的原始样本。
红外成像带来新发现
对“龙宫”的红外成像分析，类似探矿的光谱分析。通过近红外分光光谱仪的观测，可以取得小天体矿物、岩石表面的连续光谱，进而了解其表面物资的颗粒大小、孔隙率、巨石丰度、粗糙度等情况。
“隼鸟2号”搭载的热红外成像仪绕“龙宫”1圈拍摄了全球热成像图。对红外图象的分析显示，“龙宫”表面岩体和包围它的物资有类似的温度，其热惯量较低。研究人员认为，这类低热惯量表明“龙宫”表面岩体比典型的碳质球粒陨石更具多孔性，预示其周围覆盖着直径超过10厘米的多孔沙砾物资。近距离红外探测也证实了这些多孔沙砾的存在。
同时，对“龙宫”的遥感热成像观测结果还显示了其可能的构成历史，即它是由母天体的撞击碎片构成的碎石堆，其微孔隙约为30%至50%，经历了低程度的固结。表面存在的1些致密巨砾可能起源于最内部的固结区域，也多是外生的。
在平劲松看来，以“龙宫”为代表的C型小行星，其脆弱的多孔结构可能类似于原始星子，内部的冰可能在演变进程中升华，从而构成多孔且不牢固的结构。“龙宫”表面之所以是1种不均匀的沙壤层，也极可能是由于在运行进程中遭受了大量的撞击，致使冰被冲击熔化，从而丧失了水份。
按计划，“隼鸟2号”将于2020年底飞经地球，将其收集到的岩石样本投送到澳大利亚南部的伍默拉沙漠。对它行将带回来的这份珍贵礼物，科学家充满期待。
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