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2014年12月3日，日本JAXA隼鳥2號探測器發射，2018年6月27日抵達小行星「龍宮」，開始了長達一年半的伴飛探測，其間順利完成了兩次著陸採樣。（詳見：隼鳥2號的2019年：大展身手，滿載而歸）
兩次著陸採樣點TD1和TD2的位置。兩次著陸採樣點分別被命名為「玉手箱」（Tamatebako）和「萬寶槌」（Uchide-no-kozuchi），均來源於日本傳說故事。來源：JAXA、東大等 [1]
如今，隼鳥2號探測器帶著從「龍宮」採集到的樣品正在返回地球的途中，預計今年（2020年）12月底將樣品送回地球。
在過去的一年裡，隼鳥2號團隊已經通過隼鳥2號獲取的各種豐富的探測數據，揭開了一段又一段近地小行星「龍宮」的前生今世種種，其中一些最重量級的結果這個號也都做過跟進解讀，例如：
1）近地小行星「龍宮」外形呈陀螺狀，是疏鬆的「亂石堆」聚集而成的小行星；
2）「龍宮」的赤道隆起，是因為這顆小行星曾經轉得很快，不過後來自轉減慢了；
3）「龍宮」上雖然有（羥基形式的）水，但遠沒有科學家們之前預期的那麼多，可以稱得上「乾涸」；
4）「龍宮」最可能來自主帶小行星波蘭（Polana）和歐拉莉婭（Eulalia）中一顆的碎片；
5）「龍宮」的表面非常年輕，可能形成於900萬年前左右；
6）「龍宮」生涯坎坷，可能經歷過多次俄羅斯套娃式的毀滅和重組；
……
近日，以東京大學諸田智克為首的隼鳥2號團隊利用第一次著陸採樣獲取的科學信息，對小行星龍宮的演化史做出了進一步探秘，這一結果於2020年5月8日在線發表於《科學》雜誌[2]。
「彩色」龍宮是什麼鬼？
文章一上來，就給了張彩色的小行星「龍宮」全球圖。乍一看到這樣的圖，很多人可能會疑竇頓生，這紅紅藍藍的都是啥？難道「龍宮」其實是彩色的？
龍宮表面的b-x光譜斜率圖。來源：JAXA
那我以前見過黑白「龍宮」又是啥？龍宮看起來到底是啥樣的？嗨，說來話長了。
作為一顆典型的一顆C型（碳質）小行星，「龍宮」的表面其實是非常暗的。只有不到5%的陽光能被反射出來，literally炭一樣黑，而且黑得極其均勻。
事實上，肉眼看上去的龍宮差不多會是這樣：
隼鳥2號ONC-T相機2015年12月4日拍攝的地球和2018年6月21日拍攝的龍宮在接近肉眼狀態下看到的樣子。來源：JAXA、東京大學等[3]
這意味著，如果我們始終以肉眼觀看的範圍作為標準的話，根本識別不出龍宮表面有啥特徵。
這就有點像…如果我們用0-100米作為尺度來看待中國成年人的身高，那絕大多數人四捨五入都人人身高2米…相比於100米這麼大的尺度，幾釐米幾分米的差異太小了，很難被發現。但如果我們把尺度範圍調整到1-2米這個範圍，就會發現大部分中國成年人身高會集中在1.5-1.8米，而且還能看出成年男性和女性的身高是有明顯差異的。然後我們甚至還能按年齡區間或者性別分個類，看到不同分類裡的成年人身高有什麼特徵。
看小行星，也是類似的。既然「龍宮」整體都那麼暗，那麼我們只有對「評估」範圍作出調整，才有可能看出差異來。經過「亮度調整」之後的，才是我們平常看到的「龍宮」表面的樣子：不再是「漆黑一片」，而是有亮暗之分了。
龍宮兩面。來源：JAXA
但僅僅這樣，對有些科學研究還是不夠，我們常常還需要更明確的指標，這個指標就是「光譜特徵」。不同區域的反射光被光譜儀「分解」之後，會顯示不同的反射率趨勢，這常常體現了不同區域含有的物質成分差異。
反射率隨波長遞增的區域，行星科學家們通常稱之為「光譜偏紅」，遞減的區域則稱為「光譜偏藍」。
把天體表面的物質用光譜特徵進行分類。製圖：haibaraemily
通過這個指標，我們可以把星球表面分成不同程度的「紅色單元」和「藍色單元」，為這些區域標上假彩色以示區分，這就成了我們開頭看到的「彩色版」龍宮地圖了。
劃重點：假彩色，假彩色，假彩色。重要的事說三遍！
「紅色」 vs 「藍色」，說明了什麼？
通常來說，我們目前認為「光譜偏藍」的物質往往更「新鮮」，而「光譜偏紅」的物質往往較「蒼老」。注意，這裡的「新鮮」和「蒼老」，指的並不是物質本身的形成早晚，而是它們暴露出地表的早晚。也就是說，越是剛剛從地下被挖掘暴露出宇宙空間的物質越「新鮮」，越是長期暴露在宇宙空間中，經歷（太陽）風吹日曬越久的物質越「蒼老」。
儘管有一些研究認為並不是所有情況都符合這個規律，但總體來說，我們可以近似地套用這個「通式」：
那這個通式可以直接套用在一個全新的小行星「龍宮」上麼？倒也不能這麼草率。得先考察一下是不是符合「龍宮」的實際情況。
經過光譜分類之後，「龍宮」的表面被分成了「紅色」區域和「藍色」區域。簡單比對可以看出：「紅色」區域通常更暗，「藍色」區域通常更亮。
（左）v波段 (5.5微米）龍宮局部照片黃色和藍色箭頭所指的都是相對於周圍較亮的區域，這在右圖都對應著光譜偏藍的區域（hyb2_onc_20180801_183933_tvf），（右）b-x波段斜率圖。來源：參考文獻[2]
那「龍宮」上也是更「亮（藍）」的地方比更「暗（紅）」的地方更新鮮嗎？是的。
一方面，撞擊坑彼此間的的覆蓋關係可以給出證據：如果一個撞擊坑破壞了另一個撞擊坑的形狀，那麼顯然前者形成於後者之後。「龍宮」上直徑大於10米的撞擊坑可以明顯分為坑內光譜「偏紅」和「偏藍」兩類，「藍坑」都形成於「紅坑」之後，說明光譜偏藍的物質更加新鮮。
（左）水星上兩個撞擊坑示例，來源：NASA；（右）「龍宮」上的「紅坑」和「藍坑」重疊關係。來源：參考文獻[2]
另一方面，石塊的邊緣、裂隙、濺射紋也常常比周圍的石塊表面更亮，表明這些剛剛暴露出來、或者受磨損更劇烈的地方（也是更亮、更「藍」的地方）更新鮮，之後隨著暴露在宇宙空間中逐漸變暗（「紅」）。
採樣區附近局部區域。來源：參考文獻[2]
然而，除了撞擊坑和部分石塊之外，「龍宮」的赤道和兩極整體偏「藍」，中緯區域整體偏「紅」，這又是怎麼回事呢？如果說是中緯區域更古老，那古老的區域又是怎麼變「紅」的？
龍宮表面的b-x光譜斜率圖。來源：JAXA
怎麼「紅」的？
按照我們既有的經驗和科學認知，小行星「龍宮」上的物質變「紅」最可能有兩個原因：1）太陽炙烤產生的熱變質；2）空間風化。兩者的顯著差異之一是「紅化」物質的深度。
「龍宮」表面被「紅化」的過程示意圖。改編自：參考文獻[2]
那「龍宮」表面是因何「變紅」的？隼鳥2號的觀測結果更支持第一種可能：太陽炙烤，換句話說就是「烤老了」。主要證據有兩個：
1）「龍宮」的兩極物質比赤道更「藍」。赤道和兩極物質偏藍，這本身是容易理解的，因為「龍宮」如今的地形是赤道和兩極地勢更高，中緯區域地勢低，那麼原本覆蓋在赤道和兩極的成熟（「紅色」）物質自然會不斷向地勢更低的中緯區域移動，讓埋在地下的新鮮（「藍色」）物質暴露出來。但如果僅僅是這樣，那「龍宮」的兩極比赤道物質還要「藍」就有點說不通了。可能的解釋是除了物質移動之外，赤道還相比於兩極受到了更多光照所致（龍宮的自轉傾角171.6°，接近於垂直黃道面的逆行自轉，這意味著極區光照較少）。
2）「龍宮」上的「紅色」物質層還是挺厚的。直徑小於10米的新鮮撞擊坑內部並不是「藍色」而是「紅色」的，表明這個大小的新鮮撞擊坑還沒有撞穿「紅色」物質層，由此推測，龍宮表面的「紅色」物質層最起碼應該有米級厚度，而空間風化應該沒有這麼大能力。
新鮮「紅」坑的存在表明紅色物質最起碼得有米級厚度。改編自：參考文獻[2]
但僅僅是太陽炙烤，還不足以讓「龍宮」表面變成現在這個樣子：因為隼鳥2號實際發現的「紅色」物質分布更深、顆粒更小。
隼鳥2號的著陸採樣是非常「暴力」的，在短短幾秒鐘的「親密」接觸裡，隼鳥2號從採樣杆中高速射出一顆鉭質子彈，濺起的表面物質彈入採樣杆中被收集起來，再加上隨後的發動機噴氣起飛，這一系列「暴力」操作讓「龍宮」表面一時間漫天碎屑，也改變了「龍宮」表面的原本的物質分布。
2019年2月22日，隼鳥2號第一次著陸採樣過程，小圖是採樣杆上的監視相機CAM-H拍攝，大圖是ONC-W1相機拍攝。來源：JAXA、東大等 [4]
最為明顯的是一塊叫做「龜石」的石塊。這個石塊原本相對於周圍是偏暗（「紅」）的，但在反應控制系統（RCS）噴氣之後生生被水平飛濺出5米多，而且…瞬，間，變，亮（「藍」），了…
龜石（Turtle Rock）的亮暗變化。來源：參考文獻[2]
這意味著，這塊石頭其實是新鮮（光譜偏藍）的，只是表面或者空隙裡附著了一層更細膩、光譜偏紅的成熟物質，所以看起來才會是暗的。經過隼鳥2號這麼暴力一抖，這些「紅色」物質掉渣一般抖落，石塊也就恢復了原本的「青春靚麗」。
著陸採樣前後的光譜對比也證實了這點：採樣區（圓圈內）原本相比於周圍是偏亮偏「藍」（新鮮）的，而經過一通暴力操作之後變得更暗更「紅」（成熟）了。
著陸區反射率和光譜斜率圖變化。來源：參考文獻[2]
如果還記得我們上期（《科學》雜誌 | 隼鳥2號的撞擊小行星實驗全記錄）說的…「打臉」來的如此之快（好了就當上期沒說過吧orz）…採樣之後形成的暗色物質並不是挖掘出的新鮮物質，其實只是被抖落下的古老的暗（「紅」）色物質渣渣而已。
ONC-W1相機拍攝的採樣前後龍宮表面的變化。來源：JAXA、東大等[4]
這些近距離觀測都直指「龍宮」表面的「紅色」物質在形成之後又進行過一系列破碎和混合。
啥時候「紅」的？
「紅坑」和「藍坑」的形成時間可以「鎖死」「龍宮」的變「紅」時期。
「龍宮」上的「紅坑」形成於850萬年前，而「藍坑」則形成於30萬年前（按主小行星帶撞擊頻率推算）/810萬年前（按近地小行星撞擊頻率推算）。顯然，「龍宮」表面的「紅化」必然發生在這兩個時間節點之間。
「紅坑」和「藍坑」的撞擊坑定年CSFD，MBA對應主小行星帶撞擊率模型，NEA對應近地小行星撞擊率模型。來源：參考文獻[2]
漂泊半生
如果「藍坑」形成時，「龍宮」已經來到了如今的近地小行星軌道，那麼「龍宮」表面的「紅化」過程將會在很短的時間裡完成（最極端的情況可能是850萬年-810萬年前這短短的40萬年裡）。
也就是說，「龍宮」需要在很短的時間裡因為突然加劇的太陽炙烤開始並完成「紅化」，同一時期還需要完成從主小行星帶到近地小行星軌道的遷徙。
時間緊任務重，兩個條件一合計，「龍宮」最可能被太陽炙烤「紅化」的時期呼之欲出，那就是在軌道遷徙過程中。「龍宮」的軌道在這一階段變得高度橢圓，近日點變得離太陽非常近，結果就是「龍宮」表面在短暫地接近太陽的過程中被迅速「烤老」了。
經過層層推理，諸田及其同事們理順了這條時間線：
「龍宮」表面和軌道演化史。改編自：參考文獻[2]
就這樣，從表面反射率信息，進而推測出小行星上發生過的地質變化、物質遷移，又抽絲剝繭還原出整顆小行星動蕩的軌道變遷，這齣推理劇著實有點燒腦。
好消息是，隼鳥2號第一次著陸採樣的區域裡混合著「紅藍」物質，也就是說，隼鳥2號很可能「成熟」「新鮮」兩種物質都採集到了。這些「龍宮」樣品正在飛回地球的途中，有望給行星科學家們進一步深入研究呢。
參考資料
[1] http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190709_ver8.pdf
[2] Morota, T., Sugita, S., Cho, Y., Kanamaru, M., Tatsumi, E., Sakatani, N., ... & Yokota, Y. (2020). Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution.Science, 368(6491), 654-659. DOI: 10.1126/science.aaz6306
[3] JAXA | リュウグウ到著！
http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20180629je/index.html
[4] JAXA | A sunburned Ryugu: the asteroid surface has been weathered by the Sun!
http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20200508_science/
來源：行星事務所