它形如煎餅連著核桃 暗藏太陽系形成的“時(shí)間膠囊”

雪人、花生，還是煎餅連著核桃?近日，一個(gè)外貌怪異的小行星引發(fā)圍觀。

該小天體名為2014MU69，直徑不足40千米，位于太陽系邊緣的柯伊伯帶。公眾給它取了外號(hào)“Ultima Thule”，譯為“天涯海角”，意思是超越已知世界。

北京時(shí)間2019年元旦，美國國家航空航天局(NASA)的“新視野”號(hào)(New Horizons)探測(cè)器成功飛掠“天涯海角”，并拍攝下它的“靚照”。雖然數(shù)據(jù)回傳工作還在進(jìn)行中，但2月9日公布的初步資料顯示，“天涯海角”比最初想象的要平坦，看起來更像一張煎餅連著一個(gè)凹陷的核桃。

為什么“天涯海角”不是常見的球形?它與眾不同的外貌如何形成?

古怪小天體給科學(xué)家出難題

太陽系中為大眾所熟悉的大天體都是呈球狀的。“因?yàn)橘|(zhì)量大到可以保持自身的流體靜力學(xué)平衡，所以能形成球狀。”美國行星科學(xué)研究所博士后鄒小端接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，“而迄今近距離探測(cè)過的小天體，沒有一顆是球形的，它們頂多接近球形，比如最近NASA正在探測(cè)的小行星貝努和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)正在探測(cè)的小行星龍宮。”鄒小端說，小行星大多形狀不規(guī)則，其中不少是雙體連接的結(jié)構(gòu)，典型的例子是嫦娥二號(hào)飛越的戰(zhàn)神小行星。

那么，為何小行星大多形狀不規(guī)則呢?這要從小行星的形成過程說起。“通常，自然天體由更小的顆粒逐漸積累‘長大’而成，或者由更大的母體分裂而成。如此多的物質(zhì)聚成一體時(shí)，還要考慮自身引力引起的坍縮、自轉(zhuǎn)引起的變形等。”南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

“不管是由小而大成型還是由大而小碎裂后形成，像‘天涯海角’這種大小在數(shù)十公里量級(jí)的天體，在形成過程中不大可能經(jīng)歷整體熔融狀態(tài)，而只是松散地聚集在一起，因而大概會(huì)形成不規(guī)則但又不是過分偏離對(duì)稱的形狀。”周禮勇解釋道。

形狀不規(guī)則也罷，叫人撓頭的是，“天涯海角”的兩個(gè)部分還很扁。“如同前兩年發(fā)現(xiàn)的星際小天體奧陌陌，它的長寬比大致為8∶1。由于其形狀難以理解，以致于有科學(xué)家更愿意認(rèn)為那是一個(gè)外星人的飛行器。”周禮勇談道。

美國西南研究院的天文學(xué)家亞歷克斯·帕克表示，土星的衛(wèi)星也有類似“天涯海角”的形狀，但這種巖石是在土星環(huán)的特殊環(huán)境中形成，而2014MU69卻是在深空中形成。

“天涯海角”為何形狀怪異，成了科學(xué)家們面臨的一道難題。

鄒小端告訴記者，并非因?yàn)?ldquo;天涯海角”是雙體結(jié)構(gòu)就特別難理解。“根據(jù)現(xiàn)在的觀測(cè)，在小天體中，雙體并行互相繞轉(zhuǎn)，緩慢接近、連接成一體，甚至自帶小衛(wèi)星或小行星環(huán)，都是有可能的。”

“實(shí)際上，每個(gè)天體的形狀都有其復(fù)雜的形成和演化歷史，天文學(xué)家們基于有限的觀測(cè)數(shù)據(jù)去推測(cè)星體的形成和演化，自然是難題。”鄒小端說。

暗藏太陽系形成的“時(shí)間膠囊”

“天涯海角”所在的區(qū)域柯伊伯帶大約存在于距離太陽30天文單位(AU，約為1.5億公里)至55AU的范圍，位于太陽系的邊緣，被稱為太陽系的第三區(qū)。

這片區(qū)域包含數(shù)十億顆環(huán)繞太陽運(yùn)行的寒冷天體，幾乎是冰凍的世界。一般認(rèn)為，公

轉(zhuǎn)周期為200年以內(nèi)的短周期彗星都來自柯伊伯帶，“天涯海角”繞太陽一周大約需要298年。

柯伊伯帶中有不少矮行星，除了冥王星，還有妊神星和鳥神星。“其中，直徑超過100千米的天體估計(jì)超過10萬個(gè)。”鄒小端說。

在星體密布的柯伊伯帶，與“天涯海角”外貌相似的天體是否常見?

對(duì)此，周禮勇表示，對(duì)于柯伊伯帶中天體的形狀，我們所知甚少。因?yàn)榫嚯x太遙遠(yuǎn)，目前能觀測(cè)到的柯伊伯帶天體尺寸都比較大。而直徑上百公里甚至更大的天體，在自身引力作用下，往往是接近球形的。

鄒小端則認(rèn)為，目前尚不知道2014MU69的形狀是否具有普遍性，因?yàn)樗堑谝粋€(gè)被如此近距離拍攝的柯伊伯帶小行星。“在只有一個(gè)樣本的情況下，對(duì)其他形狀的推測(cè)都是不可靠的。”

不過，有一點(diǎn)或許明確，“天涯海角”這類古老的小天體如同冰凍的“時(shí)間膠囊”，有助于人類一窺46億年前太陽系初生時(shí)的模樣。

“太陽在一團(tuán)星云的中心誕生，星云絕大部分的質(zhì)量都塌縮后，只剩下一小部分形成了繞轉(zhuǎn)在中央恒星周圍的原行星盤，塵埃和氣體在行星盤里聚集，成為‘小磚塊’，這些小塊進(jìn)一步聚集形成行星。”鄒小端解釋說，經(jīng)過復(fù)雜的引力作用，行星盤里的行星經(jīng)歷了遷移、碰撞、互相破壞或聚集，其中一些小天體分散在距離太陽很遠(yuǎn)的寒冷的軌道上。“它們的相互作用沒那么劇烈，也沒有受到太多來自大行星的引力作用，受到的太陽輻射和影響都比較小，所以它們表面的冰沒有被蒸發(fā)掉，也沒有聚集到足夠產(chǎn)生地質(zhì)活動(dòng)的質(zhì)量。因而，科學(xué)家們認(rèn)為它們更接近太陽系形成早期時(shí)候的狀態(tài)。”

向更多柯伊伯帶天體出發(fā)

像“天涯海角”這樣的化石級(jí)天體在太陽系中有十億顆以上。

周禮勇告訴記者，幾十億年前誕生的天體，大多因?yàn)槭苄行且ι⑸渥饔枚?。另一些天體由于恰好處在比較穩(wěn)定、安全的位置，就有可能成為存續(xù)至今的幸運(yùn)兒。

“實(shí)際上，整個(gè)柯伊伯帶天體都被認(rèn)為誕生在太陽系形成后較短的一段時(shí)間內(nèi)，基本與太陽系年齡相當(dāng)，所以我們一般認(rèn)為柯伊伯帶所有天體的年齡基本與太陽系年齡相當(dāng)。”周禮勇說，所以詳細(xì)了解柯伊伯帶天體的特征，就可以推斷太陽系的形成和動(dòng)力學(xué)演化。

近幾年，在柯伊伯帶的外圍，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)不少軌道半徑非常大且其軌道近日點(diǎn)距離也很大的天體，人們稱之為“Detached Kuiper belt objects”。它目前尚無官方正式翻譯，周禮勇稱之為“游離的柯伊伯帶天體”。“根據(jù)這些天體的軌道特征，有科學(xué)家推測(cè)太陽系外圍更遙遠(yuǎn)的地方存在一個(gè)大約10倍于地球質(zhì)量的‘第九大行星’，即planet X。”

周禮勇表示，目前觀測(cè)到的柯伊伯帶天體只有2000顆左右，對(duì)這些天體的物理、化學(xué)性質(zhì)也所知甚少，還有大量問題懸而未決。

而探測(cè)柯伊伯帶內(nèi)的天體，是“新視野”號(hào)接下來的首要任務(wù)。“新視野”號(hào)探測(cè)器2006年1月19日發(fā)射升空，2015年7月14日近距離飛掠冥王星后，繼續(xù)向太空深處進(jìn)發(fā)，如今已在太空遨游4700多天。

“目前它正將觀測(cè)到的‘天涯海角’新數(shù)據(jù)傳回地球，整個(gè)過程將持續(xù)約2年時(shí)間。此后，它將選擇更多的柯伊伯帶天體進(jìn)行探測(cè)。”周禮勇告訴記者。

不過，“新視野”號(hào)軌道機(jī)動(dòng)能力很有限，它攜帶的核電池的功率為245.7瓦特，并以每年3.5瓦特的速率下降。

周禮勇估計(jì)，大概在2030年之后，“新視野”號(hào)功率將下降到失去將觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)回地球的能力，最后將永遠(yuǎn)飛離太陽系而進(jìn)入更遙遠(yuǎn)的宇宙空間。(代小佩)

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