變色的小行星_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：華子乾

校對：牧夫校對組

編排：陶邦惠

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://phys.org/news/2019-08-astronomers-asteroid.html

去年十二月，天文學家們在火星與木星軌道之間的小行星帶發現了一顆“活躍”的小行星。人們發現這塊被天文學家標記為6478 Gault的太空岩石具有兩條有塵埃組成的尾跡，這一行為通常被認為與彗星相關，而在小行星中十分少見。

通過NASA/ESA的哈勃空間望遠鏡觀測到的Gault小行星。顯示了兩條窄的、彗尾狀的尾跡，這代表它正在緩慢解體。小行星周圍明亮的線條是背景的恆星。Gault小行星位於火星和木星軌道之間。圖片來源：NASA, ESA, K. Meech and J. Kleyna, O. Hainaut

當天文學家們仍對Gault小行星彗星式行為的成因感到困惑時，一支麻省理工的團隊宣佈這一行為導致了在近紅外光譜，小行星顏色由紅變藍。這是天文學家們第一次實時觀測到顏色變化的小行星。

麻省理工地球大氣和行星科學學院的博士後Michael Marsset表示：“這令人十分驚訝。我們認為我們觀測到了小行星正在向太空中丟失它偏紅的塵埃，並且我們可以看到小行星表層下偏藍的部分。”

Marsset及其同事也確認了這顆小行星是石質的，這也證明這顆小行星的尾跡雖然與彗尾十分相似，卻是通過完全不同的機制產生。（彗星並非石質的，而更像是由冰和塵埃組成的鬆散的雪球。）

小行星帶 | 圖片來源：維基百科

“在我的印象中，這是我們第一次見到像彗星一樣掉落物質的石質天體。這也表明可能存在一些的不同於彗星或者其他活躍主帶小行星的機制導致這種塵埃的發射。”

Marsset和他的同事們，包括了麻省理工地球大氣和行星科學學院的研究科學家Francesca DeMeo和Richard Binze教授，在8月30日將他們的結果發表在了期刊Astrophysical Journal Letters（天體物理學雜誌通訊）上。

帶尾巴的岩石

天文學家在1988年首次發現了小行星6478 Gault並使用了行星地質學家Donald Gault的名字命名。直到最近，這塊太空岩石都十分普通，大約3.7千米寬，與其他上百萬顆類似的岩石或者塵埃一起，在距離太陽3.44億千米的小行星帶內部運動。

今年一月，來自包含NASA的哈勃空間望遠鏡在內的多個天文台的圖像捕捉到了這顆小行星兩條窄的彗尾狀的尾跡。天文學家估計較長的尾跡越有80萬千米長，短的大約是40萬千米。天文學家們認為，這些尾跡會包含上千萬千克的塵埃，被這顆小行星拋射進太空。但是這是如何發生的呢？這一問題重新點燃了人們對於Gault小行星的興趣，到目前為止的研究發現這顆小行星曾經也有過類似的行為。

“我們知道在火星和木星軌道之間存在着上百萬個天體。其中大約只有20個是活躍的，所以這種情況十分罕見。”Marsset提到。

Gault小行星概念圖 

Credit：B. E. Schmidt and S. C.

他和他的同事們在今年三月參加了對於Gault小行星活動的研究，他們獲得了使用夏威夷莫納凱亞山上NASA的IRTF紅外望遠鏡的觀測時長。使用兩個晚上，他們對這顆小行星進行了觀測，並使用了高精度光譜儀將來自小行星的光子分成不同波長（或者説顏色）。不同波長光之間的相對強度可以讓天文學家們瞭解小行星的組成。

通過分析，小組認為小行星的表面主要由硅酸鹽組成，這是一種乾燥的，石質的材料，這與大部分小行星類似，更重要的是，這與大部分彗星是不同的。

彗星通常來自太陽系遙遠寒冷的邊界。當它們靠近太陽時，它們表面的冰開始昇華或者蒸發成為氣體，從而形成了彗尾。由於Marsset的團隊發現Gault小行星是乾燥的石質的天體，這也表明其是通過其他機制產生塵埃尾的。

新的變化？

當團隊觀測這顆小行星時，他們發現，這顆小行星在近紅外波段，正在由紅向藍改變顏色。

“我們以前從未在如此短的時間內觀測到如此巨大的變化。”合作作者DeMeo提到。

天文學家們認為我們很有可能看到小行星表面受到太陽上百萬年輻射而變紅的塵埃，正在被拋射進入太空，露出了更新的，受到更少輻射的表面，這一表面在近紅外波段就會顯得更加藍。

“有趣的是，只要很薄的一層表面脱落，比如幾微米的厚度，就能夠觀測到光譜的變化。”DeMeo表示。

對Gault小行星的幾次觀測

Credit：The Virtual Telescope Project

所以是什麼導致了小行星變化顏色呢？Marsset團隊和其他研究Gault小行星的團隊認為顏色變化以及小行星類似彗星的行為都來自同一機制：高速自轉。這顆小行星可能正在快速自轉，從而通過離心力甩掉了表面的塵埃。研究者們估計這種情況需要大約兩個小時的自轉週期。

“大約百分之十的小行星會高速自轉，擁有大約二到三小時的自轉週期，這很有可能是太陽導致的。”Marsset説。

這種自轉現象也被稱為YORP效應（Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack效應，使用了發現這一現象的科學家的名字命名）。這種現象描述的是太陽輻射對於臨近小天體（比如小行星）的影響。當小行星將大部分輻射反射進入太空時，也有一部分光子被吸收，並重新以熱量和角動量的形式釋放。這產生了微小的力，使得小行星在上百萬年的時間內自轉逐漸加快。

YORP效應示意圖 | 圖片來源：維基百科

天文學家們已經在大量小行星上觀測到了YORP效應。為了確定在Gault小行星上也存在相同的效應，研究者們通過光變曲線來確定小行星的自轉，也就是測量小行星亮度隨着時間的變化。但是觀測需要透過小行星的塵埃尾，這會阻擋很大一部分小行星的光，這是研究的困難之處。

Marsset的團隊，與其他團隊一起，計劃當這顆小行星再次可見時，進一步研究這顆小行星，尋找其活動的線索。

“我認為（團隊的研究）證實了小行星帶是十分有活力的區域。當你在電影裏看到小行星帶時，它們都在互相碰撞，這是誇張的。但是確實會有很多類似的情況時時刻刻都在發生。”DeMeo説。

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