一、龍宮小行星的天文特點
龍宮（Ruyugu）是一顆C型(碳質)巖石小行星，直徑約900km，在地球和火星之間的軌道上運行。龍宮於1999年被發現，由美國宇航局林肯近地小行星研究（LINEAR）項目發現。根據日本隼鳥2號太空飛行器的考察結果，龍宮是一個直徑約900米的小行星，外形像鑽石，7.6小時自轉一周，474天繞太陽公轉一周。
龍宮公轉的運動軌跡
照片顯示，龍宮小行星外觀近乎全黑，被認為這或許是由於龍宮富含大量碳元素所致。「龍宮」赤道附近由於自轉離心力而膨脹，形成類似算盤珠或陀螺的形狀，表面可見隕石坑一樣的凹陷地形。龍宮小行星直徑約1千米，被認為含水和有機物，與約46億年前地球誕生時的狀態相近。
小行星龍宮幾乎是太陽系反照率最低的天體之一，幾乎是一團漆黑。另外，龍宮表面滿布巨石，粗略統計，其表面直徑超過5米的巨石約有4400塊，其中最大的一塊平均直徑為140米，位於龍宮的北極附近，這些巨石的存在，表明龍宮是在母體遭遇一次劇烈的撞擊之後形成的。
龍宮的藝術繪畫（日本）（據網際網路資料）
二、龍宮小行星的科學研究價值
小行星是太陽系中各大行星和衛星形成後的殘留物，其歷史幾乎與太陽系一樣長。但因為體積比較小，自身沒有演化，非常好地保留了太陽系形成早期的信息。地球上的許多隕石是小行星墜落後的碎片，開展小行星樣本與隕石進行對比，也具有重要的演化借鑑意義。
C型小行星是一類含碳的小行星，也是太陽系中最為豐富和原始的小行星類型。它們約佔已知小行星總數的75%，在太陽系小行星主帶裡的佔比更高，並且深入主帶外緣。由於體積較小，誕生以來的進化程度較低，C型小行星仍然保留著大多數原始小行星時期的物理條件，諸如包絡外殼、孔隙度和粒度分布等。因此，它們的存在，為理解太陽系的起源和演化提供了線索。
太陽系中的小行星帶（據網際網路資料）
地球與太陽系的排列關係（據網際網路資料）
地球上生命起源的一個主流理論是，生命是由巖石小行星運輸過來的，在小行星演化的早期，墜毀著陸在我們的星球。因此，更多地去了解這些巖體的起源可能會回答關於生命急待解決的問題之一，它從哪裡來？
日本計劃通過龍宮這個探測富含水和有機物的C型小行星，查明地球的組成元素與其海洋和生命進化的關係。通過分析從小行星龍宮上採集到的樣本，解答太陽系形成和生命起源的若干謎題。它比小行星絲川更為原始，龍宮小行星被認為存在接近生命起源的有機物和水，與約46億年前地球誕生時的狀態相近。這種巖石小行星可能在很久以前與地球碰撞中，將生命基本構成元素(有機質和水)送到了地球上。
三、龍宮小行星的地質特徵
龍宮小行星表面一些非常明亮的巖石物質。其反照率要比整個龍宮表面的反照率高1.5倍以上，表面其組成成分顯著不同，為此，科學家懷疑，這些明亮的物質可能不是小行星龍宮本身所具有的，而是來自於其他天體。小行星龍宮是在多次小規模的撞擊中保留了一些來自於其他天體的明亮物質的，而這些天體的體積，要比龍宮小得多。
龍宮小行星的地形圖（據JAXA）
隼鳥2號在龍宮小行星表面識別了50多個圓形窪陷結構，其中有30多個都有比較典型的撞擊坑形態，可以基本認為是撞擊坑，而剩下的暫時很難判斷。龍宮小行星表面的年輕非常年輕，在900萬年左右。
太陽系大約在45億年前形成。見證這個早期時代的許多碎片像小行星一樣繞著太陽公轉。其中大約四分之三是富含碳的C型小行星，例如龍宮（162173 Ryugu）。
小行星幾乎完全由高度多孔的材料組成。龍宮主要由母體的碎片組成，該母體被撞擊擊碎。構成龍宮的巖石碎塊的高孔隙度和隨之而來的低機械強度，確保了這些碎塊在進入地球大氣層時會破碎成許多碎片。因此，在地球上很少會發現富含碳的隕石，大氣層往往會給我們提供更大的保護。
龍宮小行星表面的巖石碎片圖片（據JAXA）
四、隼鳥2號對龍宮小行星的科學探測
龍宮小行星是一顆原始的碳質小行星，可能保存了太陽系中一些最原始的物質，自45億年前形成以來，相對沒有變化（除了一些輻射）。科學家們希望，這些巖石樣品能夠提供太陽系早期，以及內部巖質行星的形成和演化的新認識。
由日本航天探測機構（JAXA）的隼鳥2號將帶回小行星原始表面的標本，進行實驗分析。2014年12月從日本鹿兒島縣種子島宇宙中心發射升空，經過約3年半的太空之旅，2018年6月27日抵達距離地球約3億公裡的目標小行星龍宮附近，開始對龍宮進行全面的信息採集。日本當地時間2019年2月22日7時48分（北京時間6時48分），小行星探測器隼鳥2號成功降落在龍宮小行星上並採集樣本，經短暫停留後再次升空。它在龍宮附近逗留約1年半，2020年底返回地球。
科學家利用隼鳥2號雷射測高儀的數據建立龍宮小行星的3D形態模型（據JAXA）
日本小行星探測器隼鳥2號回收艙，在澳大利亞南部Woomera附近著陸，它載有小行星龍宮的巖石樣品。該機構將對回收艙可能攜帶的微量小行星樣本進行研究，隼鳥2號探測器在釋放出回收艙後，繼續其小行星探測之旅。返回地球的太空艙是附在隼鳥2號的，該太空船最初收集重達100多克的樣品。
龍宮小行星表面光學圖片（據JAXA）
2018年6月26日，JAXA的隼鳥2號飛船上的光學導航相機(ONC-T)在22公裡的距離拍攝到龍谷小行星的照片（左圖）。2018年7月20日，「隼鳥二號」的光學導航攝像機在距離地球6公裡的地方拍攝到了小行星龍宮（右圖）
隼鳥2號兩次短暫著陸在龍宮小行星表面，並首次在小行星上製造了人造撞擊坑，執行採集小行星地表和地下巖石樣本任務。科學家期待通過研究隼鳥2號帶回的小行星物質樣本，了解小行星的形成歷史和太陽系的演化等問題。
龍宮小行星的主要地形特徵及其名稱（據JAXA）
選定小行星龍宮位置13屬，有四種地貌和地形特徵,包括隕石坑、背部(山峰或山脊),凹槽(或壕溝)、以及巖石和卵石區等(Lozovschi,2019)。
龍宮小行星的可見光和近紅外合成圖像，證實龍宮表面不含水份（據JAXA）
日本宇宙研究開發機構利用隼鳥2號探測器向龍宮小行星釋放2臺著陸器，並且在該小行星上進行移動，這些都是首次人類宇宙探索活動。隼鳥2號採集龍宮巖石樣本的方式也與眾不同，其中，使用「炮彈」轟擊龍宮小行星，隼鳥2號向龍宮高速發射一枚金屬炮彈，通過衝擊方式獲得巖石內部元素構成信息，這次返回地球的樣品就是通過這種方式採集。
隼鳥2號的採樣任務先後執行了兩次，分別在2019年2月22日和2019年7月11日。兩次採樣任務分別採集不同的巖石和土壤樣本。第一次採集任務抓取了小行星龍宮表面最淺層的巖石和土壤樣本，第二次採集前，太空飛行器在500米高空向龍宮表面發射一枚子彈一樣的撞擊器，將龍宮表面的物質撞飛之後露出了地下土壤，然後太空飛行器對這些位於地下深處的土壤進行了採樣封裝。在完成所有預定任務之後，2019年11月13日，科學家向隼鳥2號下達返回命令。
龍宮小行星地貌的近距離刻畫圖(據JAXA)
人類歷史上第一個小行星採樣探測器是2003年日本發射的隼鳥號，它於2010年成功將絲川小行星的物質微粒送回地球。隼鳥2號是隼鳥號的後繼探測器。
龍宮小行星的天文地質演化示意圖(Morota et al.，2020)
龍宮小行星表面紅化發生在紅色隕石坑就位後和藍色隕石坑形成之前的短時間內。表面變紅的原因是因為在龍宮曾經暫時比現在的軌道更接近太陽，而被太陽加熱。
根據紅色隕石坑的大小-頻率分布(SFDs)，研究人員估計，從形成龍宮漩渦狀頂部到表面變紅的時間間隔為900萬年；根據藍色隕石坑的SFDs，使用主帶碰撞頻率模型，估計其表面變紅的年齡為30萬年，使用近地小行星碰撞頻率模型，估計其年齡為800萬年；科學家將這些數據，解釋為表面變紅年齡的上限和下限；地表變紅事件後，因撞擊、熱疲勞和從赤道向中緯度地區物質的損耗，較紅色的物質的分布擾亂並重新分布；隨後在龍宮表面形成一層紅色和藍色的混合物質(Morota et al.，2020)。
五、小行星帶的天文地質特徵
在距地球約6億公裡的地方，環太陽軌道上散布著碎石，大致在木星和火星的軌道之間。小行星帶包含著百萬個形狀奇怪的巖體，其中有一部分以自己的方式接近地球。
小行星大多集中於在火星軌道和木星軌道之間區域，距離太陽約2.17-3.64天文單位的小行星帶（寬達2億公裡），這裡有上百萬顆大小不等、形狀各異的小行星，這裡的小行星的直徑大到900公裡，小到塵埃。其中直徑大於1千米的有75萬顆，直徑大於100千米的有200多顆。小行星之間的距離從數百到數千公裡不等。除了小行星帶之外，還有Atens、Amors和Apollos這三個近地小行星聚集的區域。這些區域包括9000顆左右的小行星，1000顆直徑超過1千米。
按照構成，小行星可以分為C型、S型和M型。C型碳質小行星最為常見，為灰色，由碳化合物、巖石、20%的水和一些金屬組成。S型矽質小行星為綠色或紅色，主要由鐵和矽酸鎂組成，有少量純鎳和純鐵，以及一些鉑族元素。M型金屬小行星外表為紅色，主要由純鎳和純鐵構成，有少量鉑族元素。
小行星帶的位置示意圖
小行星帶中也有不少直徑很大的矮行星和小行星，比如穀神星，直徑達到了950公裡，最大的三顆小行星分別是智神星、婚神星和灶神星，平均直徑都超過了400公裡，另外，還有義神星，直徑在120公裡左右，司理星直徑190公裡左右，虹神星直徑200公裡左右。
六、小行星帶的成因演化
太陽系所有小行星的體積總和，略小於月球。它們是太陽系大行星和衛星形成後的殘留物。這麼多小行星能夠被凝聚在小行星帶中，除了太陽引力作用以外，木星引力起著更大的作用。小行星帶由原始太陽星雲的星子形成。因為受木星重力影響，這些星子未能形成行星，不能凝聚在一起成為原行星，許多星子相互碰撞並形成許多殘骸和碎片，而成為現在所見到的小行星帶。
木星形成過程中，其質量迅速增長，把周圍物質都吸收過來，就阻礙了它周圍（即小行星軌道上）另一顆行星的形成，儘管當時已經形成一些物質碎塊，但在木星引力影響下，未能整體上積聚形成一顆大行星，而留下大批小行星，代表原始太陽系的殘留物。因為其體積較小，未能形成球形，自身還沒有演化，保留了太陽系形成的早期主要信息，而不像地球因板塊構造、巖漿活動等地質作用，已經掩蓋很多早期地質歷史信息。地球上許多隕石就是小行星墜落後形成的碎片，也有少部分來自於月球或者火星被撞擊形成的碎片。
大約在40億年前，小行星帶的主帶在大小和分布已經穩定，沒有顯著增減變化。但是，小行星依然會受到許多隨後過程的影響，如內部加熱、撞擊造成熔化、來自宇宙線和微流星體轟擊的太空風化作用等。因此，小行星並不完全是原始的，而在外面古柏帶的小行星，在太陽系形成時經歷的變化較少。
太陽系初始形成的演化模式圖（據網際網路資料）
七、太陽系與地球早期起源假說
根據最廣泛接受的恆星和行星形成模型的星雲假說，太陽系開始是旋轉的塵埃和氣體組成的雲(即星雲)。大約45.7億年前，某個事件導致星雲坍塌。這可能是經過的恆星或超新星衝擊波引發的，最終結果造成星雲中心的引力坍縮。由於這種坍縮，塵埃和氣體團塊，開始聚集為更密緻區域。當密度較大區域吸引更多的物質時，動量守恆使它們開始旋轉，不斷增加壓力使它們升溫。大部分物質在中心變成一個球體，形成太陽，而其餘物質扁平化則變成圍繞太陽旋轉的圓盤——也就是原行星盤(Maruyama etal., 2017)。
行星是由這個圓盤吸積形成，其中塵埃和氣體相互重力吸引並結合形成更大天體。由於它們的沸點較高，只有金屬和矽酸鹽才能以固體形式存在於離太陽較近地方，而這些物質最終會形成水星、金星、地球和火星等類地行星。由於金屬元素只構成太陽星雲很小的部分，類地行星不能長得很大(Maruyama et al., 2017)。
相比之下，巨大的行星(木星、土星、天王星和海王星)，形成於火星和木星軌道之間，那裡的物質溫度足夠低，可以讓揮發性冰化合物保持固態(即冰凍線)。形成這些行星的冰，比形成類地內行星的金屬和矽酸鹽要豐富，使得它們具有足夠大的質量，能夠捕獲由氫和氦構成大氣圈。
沒有成為行星的剩餘碎片聚集在小行星帶、柯伊伯帶和奧爾特雲等區域。這就是太陽系最初形成的方式和原因。
約4.56 Ga太陽系的遞進化學分帶
(Maruyama et al., 2017)
星雲盤中原始行星礦物塵埃的化學分帶，被看作與太陽距離(AU)有關的函數控制。有機質為2.1AU，雪線為2.7AU(170K)，CO2為10AU,CO為40AU，粘土礦物線假設為1.9AU。含水相的內部穩定極限在1.8-1.9 AU，這與地球在完全乾燥條件下形成的AU=1相去甚遠(Maruyama et al., 2017)。
從氧同位素比值推斷，原地球的主要巖石類型為頑火輝石球粒巖樣，但實際上還需要加上Ca、Al和Mg成分。冰行星內部演化成大於10MRE(地球平均半徑)的氣態的冰質巨行星，以保持種子周圍的星雲氣體不脫離氫氣。這些氣態巨星包括木星和土星，據推測至少還有一個能引起三行星共振的行星。這一事件導致了4.37Ga的強烈撞擊作用(ABEL撞擊事件)，它持續作用時間超過1.7億年。一系列揮發性等變帶的存在表明，即使在柯伊伯帶，行星的化學分帶也在不斷變化(Maruyama et al., 2017)。
本文據（李江海，2020，《世界地質學》（講義））修改補充