扒一扒那些特殊的小行星(1):超快速自轉的2008 TC3小行星

2020-12-06 天才曉得

雖然目前地球上已經建立了多臺望遠鏡用於觀察近地小行星(例如我國中科院紫金山天文臺盱眙觀測站的1.2米口徑近地天體望遠鏡),但事實上仍然有許多小行星在撞擊地球前是沒有被發現的,直到它們在天空中優美地畫出一條弧線(甚至有些小行星掉到地球上了我們也不知道)。

利用美國亞利桑那州萊蒙山天文臺的卡特林那巡天系統(Catalina Sky Survey),理察·科瓦斯基(Richard Kowalski)及其同事用1.5米反射望遠鏡在小行星撞擊前一天(2008年10月6日)發現了這顆非常小的小行星(直徑才大約4.1米)。隨後的軌道計算表明這顆小行星有接近100%的概率將於10月7日與地球相撞,撞擊點位於蘇丹上空。這顆小行星被命名為2008 TC3,是首顆在撞擊地球前就被發現並提前預報的小行星。當然了,這種規模的小行星撞地球事件每年都可能發生2到3次。

2008 TC3撞擊前軌道(太陽方向看)

2008 TC3撞擊前軌道(黃道面方向看)
紅外遙感探測到的2008 TC3空爆位置

2008 TC3更有意思的地方在於,地面對其觀測獲得的光變曲線數據推算出這是一顆周期僅100秒的非主軸快速自轉小行星。對於這顆僅僅4.1米的小行星,我們可能腦海裡會不假思索就認為它只不過就是一整塊大石頭而已,然而科學家在研究了這顆小行星撞擊前和進入大氣層之後的動力學行為後發現這顆小行星不應該僅僅是一整塊石頭:2008 TC3在進入大氣層後很快就解體了,這表明這顆小行星結構是比較疏鬆的;而且甚至發現伴隨這顆小行星進入大氣層的過程中檢測到了微米級的塵粒。

因此,觀測表明這顆小行星的內部結構應該仍然是比較常見的碎石堆結構(即組成小行星物質的各個部分是在引力等作用下聚合在一起形成的)。然而,如果這顆小行星是由大量碎石堆積而成,那麼完全依靠引力是無法維持這樣的形狀的,否則由於自轉產生的離心力大於引力(假設為球體的碎石堆小行星的臨界自轉周期——引力與自轉離心力平衡的周期大約是2.2小時)。因此,對於這樣的一顆小行星,必須要有粘聚力才能將其各組成部分束縛住而不會被自轉離心力給甩開。

科學家研究發現,雖然這顆小行星自轉那麼快,但是由於體積小,只需要不超過25帕的粘聚強度就能保證碎石堆結構的2008 TC3小行星的形狀不被自轉而改變。

另外,為什麼2008 TC3小行星的自轉是非主軸自轉呢?這個問題就比較複雜了,因為小行星本身各向異性的熱輻射會對其自身的自轉產生影響,從這種機制來看出現非主軸自轉並不奇怪。但遺憾的是,由於該效應對小行星表面形狀異常敏感,因此很難從理論上確切獲得該小行星自轉演化的信息。

2008 TC3的形狀模型和自轉

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