驚喜!妊神星發現擁有光環:發生撞擊事件的線索

2020-12-06 太平洋電腦網

北京時間10月24日消息,據《自然》雜誌相關論文,科學家們近期發現了妊神星的光環。

藝術示意圖中,妊神星加上它周圍最新發現的光環像是在水面上打水漂的石塊

妊神星是目前已知的4顆海外矮行星之一,所謂「海外」意思是其公轉軌道位於海王星軌道外側。這是一顆呈拉長形狀,且快速自轉的天體。並且相比其他矮行星,這顆天體的大小,形狀,表面反照率和密度等信息都尚未被較為精確的測定。半人馬小天體Chariklo則是除了太陽系的巨行星之外,第一個被發現擁有光環的天體,後來,另一顆半人馬小天體喀戎(Chiron)也被發現存在類似的光環結構。

今年早些時候,妊神星從一顆遙遠的恆星面前經過,趁此機會,科學家們對其進行了掩星觀測,改進了對這顆矮行星形狀與大小的測量精度。在此次觀測中,科學家們還有一個意外的發現,那就是這顆小天體似乎也擁有一個光環結構,該光環透明度大約0.5,光環本身寬度約70公裡,整體半徑大約2287公裡,光環的角度與妊神星赤道平面以及它的小衛星Hi』iaka的軌道平面幾乎一致。

這是妊神星的老版本藝術示意圖,可以看到它並沒有描繪出它周圍的光環

妊神星的運行軌道與冥王星很相似,同樣具有較高的偏心率,這也就意味著它的軌道比較「扁」,會在運行過程中穿越其他行星的公轉軌道。也與冥王星一樣,妊神星也有衛星,並且至少有兩顆。目前科學家們已經確認的它的衛星有兩顆,分別命名為Hi『iaka 和Namaka。

與地球這樣的接近正球體的形狀不同,由於引力較小,妊神星在一個方向上的長度要比另一個方向上長出兩倍,因此從外表看,這顆小天體更像一顆拉長的鵝卵石,而不是一顆天體。科學家們猜想妊神星的這種獨特形狀或許與它的高速自轉有關係。妊神星上的一天只有4個小時,這使其成為目前太陽系內自轉速度最快的較大型天體。

宇宙連線

2017年1月21日,科學家們獲得了一個觀測妊神星的絕好機會。就在這一天,妊神星會從一顆遙遠的恆星URAT1 533-182543前方經過。歐洲的科學家們對這一事件進行了詳細觀測。相關研究論文的合著者之一,西班牙安達盧西亞天體物理學研究所的天體物理學家帕布洛·桑託斯-桑茲(Pablo Santos Sanz)對媒體表示:「儘管掩星事件是比較常見的,但是要想精確預測這類事件發生的時間和最佳觀測位置是比較少的。」

桑託斯-桑茲的研究小組協調了10個實驗室的12臺望遠鏡,從不同地點觀測此次妊神星的掩星事件,從而更好地測定其大小與形狀。觀測結果顯示,妊神星的長軸長度至少2300公裡,比原先估算的數值超過17%。

更加精確的測量數據讓科學家們得以更好地估算這顆小天體的其他很多性質,包括其立體形態和體積。再加上根據其周圍衛星的運動特徵,我們可以估算其質量數值,而一旦獲得質量和體積數據,我們便可以計算這顆小天體的密度數字。結果顯示其密度低於原先預期,而與其他柯伊伯帶天體,比如冥王星的密度數據更為接近。

但最新的測量數據也可能讓妊神星的矮行星地位變得岌岌可危。儘管很多行星與矮行星也並非完美的球形,比如說地球就是一個赤道略鼓,兩極稍扁的球體。但至少它們都是接近正圓的球體,而妊神星則明顯偏離了球體形狀,而一些質量更小的小天體,它們的外觀則更加不規則。但是,形成近似球形的外觀對於妊神星非常重要,因為這是定義矮行星的一條重要原則,然而最新的觀測似乎表明妊神星的外觀並不十分符合天文學家們對於矮行星的要求。

桑託斯-桑茲表示:「我不知道這樣的結果是否會改變矮行星的定義原則。我覺得或許答案是肯定的,但或許這中間會需要一些時間。」

但這都不算什麼,最令科學家們感到驚訝的是,他們發現妊神星擁有自己的光環系統。

在1月21日晚間,桑託斯-桑茲和同事們對妊神星進行了觀測。他說:「我們在光變曲線中看到了一些不同尋常的東西。」恆星的亮度在妊神星正式掩星之前和掩星之後出現了輕微的下降,似乎表明那裡有其他物體在遮掩恆星光芒。他說:「我們很快意識到,它周圍可能存在光環。」在隨後的幾個月裡進行的細緻觀測證實了研究組最初的直覺:研究結果證實,妊神星赤道平面上存在一個寬度大約70公裡的碎屑物光環,光環高度距離妊神星地表大約1000公裡。

美國耶魯大學天文學家大衛·拉比諾維茨(David Rabinowitz)本人並未參與這項研究,他在接受媒體採訪時提到:「光環實際上是提示最近發生的撞擊事件的線索。」當然,這裡說的最近不是昨天或者前天,在拉比諾維茨看來,這應該是數億年到10億年之間的時間概念。他認為,妊神星周圍發現光環這件事讓這顆矮行星變得更加引人注目了。

串聯線索

妊神星不同尋常的那些特徵——它的光環,衛星,還有特殊的外形之間可能是內在聯繫的。在2007年,美國加州理工學院的一組科學家對妊神星及其兩顆小衛星:妊衛一(Hi『iaka)以及妊衛二(Namaka)的軌道進行測定,除此之外還對一些成分與妊神星相似,同樣也以高水冰含量為特徵的一部分柯伊伯帶天體進行了研究。數學模型研究結果表明,這些小天體可能最初都來源於當時比現在大得多的妊神星與一顆大型柯伊伯帶天體的碰撞事件,那次碰撞事件產生了大量碎塊,有一部分碎塊脫離了妊神星的引力範圍,開始圍繞太陽公轉,有兩個碎塊則圍繞變得更小的妊神星公轉,成為其兩顆小衛星,其餘更小的碎塊和塵埃顆粒則逐漸形成了妊神星的光環結構。

不過,關於這些小天體的成因,桑託斯-桑茲和拉比諾維茨都警告說不要過早的在這個問題上得出結論。桑託斯表示:「這還只是一種理論,並非定論。」妊神星並非迄今已知擁有光環的最小天體。在2013年,天文學家在直徑僅有302公裡的的小行星「Chariklo」周圍發現了光環。隨後在2015年,研究人員又宣布在另一顆相似的小天體「喀戎」(Chiron)周圍發現了疑似光環的跡象。科學家們認為,這兩顆同屬於半人馬群的小天體可能都是從柯伊伯帶中散落出來的,這表明這類小天體周圍存在光環系統的概率可能要比科學家們原先設想的更高一些。

桑託斯-桑茲表示:「我非常確信,在未來五年內,我們將會發現更多光環的案例。」他說:「我想,最令人興奮是一點就是,我們現在才剛剛開始了解小天體周圍的光環現象。因此這方面還有很多東西是我們所不了解的,但是,隨著每一個新發現的到來,我們正不斷取得進步。」

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