上期(奇怪,這顆小行星在噴砂礫哎!)說到,當冥王號探測器Osiris-rex千裡迢迢終於抵達小行星貝努的時候,卻驚訝的發現這顆小行星異常活躍,多次噴射了砂礫,這在小行星裡是極其罕見的[1]。為此,冥王號項目組還專門研究了觀測到的三次大規模噴發事件有沒有什麼規律[2]。
2019年1月6日,冥王號NavCam1相機拍攝的兩張不同曝光時間(1.4毫秒和5秒)的照片合成圖。來源:NASA/Goddard/University of Arizona/Lockheed Martin [1]
最終,通過一系列調查和搜證,天文學家們探索了小行星貝努突然噴砂礫的6種可能的原因 [2]。讓我們一一看去。
1、自轉瓦解 ×
一個星球自轉越快,星球上的物體受到的離心作用就越強。快到一定程度,這個星球就會變得不穩定,星球上的塵埃和石塊就可能脫離引力束縛,簌簌地剝落散逸。
很多自轉較快、個頭較小的活躍小行星或者彗星因為「聚合」方式比較鬆散,就有可能經歷過一定程度的自轉瓦解,例如咱們曾經介紹過的「死裡逃生」的彗星41P。
主帶彗星331P/Gibbs(原名P/2012 F5)曾明確被觀測到過由於自轉太快而「掉渣」的現象 [3]。
2014年8月26日,Keck II望遠鏡觀測到直徑數公裡、自轉周期3.24小時的主帶彗星331P/Gibbs(綠色箭頭)的尾跡裡有四塊掉出的碎片(白色箭頭)。來源:參考文獻 [3]
但這不符合在貝努上觀測到的情況。
因為自轉甩出碎片和塵埃這種事兒,肯定會優先發生在受到離心作用最大的赤道區域,而且只可能沿著自轉方向甩出去,
而不是像貝努現在這樣,從低緯到高緯隨機噴發,而且順行逆行,啥軌道啥角度都有噴發。
2、靜電飄浮 ×
太陽風長驅直入打在沒有大氣的星球表面產生的電場,會讓塵埃粒子因為靜電力的作用而離開星球表面,漂浮遊動起來。
這是探測者號系列任務(Surveyor)在月球上發現的地平線光(lunar horizon glow)可能的原因。
但在貝努這麼大的小行星上,靜電作用頂多只能揚起毫米級的砂粒,而且速度不太可能超過1米/秒——也就是說,靜電作用不太可能產生在貝努周圍發現的這麼大,這麼快的粒子運動。
3、冰升華 ×
一氧化碳、乾冰、水冰等揮發性物質的升華會帶動塵埃粒子的釋放,這是彗星噴發出的塵埃粒子常見原因之一。
但這對貝努依然是不太可能的——因為貝努當時距離太陽已經很近了,低緯區域表面的溫度高達110攝氏度以上,常見的揮發性物質都不可能還保持冰的狀態存在了。
更何況目前為止的光譜觀測並沒有在貝努的表面發現水冰的存在,也沒有發現近期發生過什麼可能釋放出地下各種物質冰的地質活動。
4、含水礦物釋放水
雖然貝努表面沒發現水冰,但有其他形式的水呀!光譜觀測表明,貝努表面富含一種叫做層狀矽酸鹽的含水礦物,這種礦物就可能在貝努目前的溫度條件下釋放出「鎖住」的水,產生氣壓,帶動塵埃和砂粒的噴發。
天文學家們認為,導致近地小行星法厄同(3200 Phaethon)噴發塵埃可能的原因之一,就是含水礦物的分解 [4]。貝努也同樣有這種可能。
近地小行星法厄同噴發的塵埃,被認為是雙子座流星雨的來源。拍攝:steed
5、流星體撞擊
被流星體不斷撞擊,是太陽系裡每顆星球絕對不可能避免的日常。自然,撞擊挖掘和濺射出的物質也完全可能成為貝努噴射沙塵和礫石的來源——據推算,一顆質量2.5微克的星際塵埃以15.5公裡/秒的速度撞上貝努,就能帶來300毫焦能量,產生一次像1月6日那麼大規模的噴發事件。
唯一有點問題的是:按照目前的星際塵埃模型估算,這種重量的流星體撞擊對貝努簡直太頻繁了,平均每分鐘就能發生一次——遠遠超出了目前在貝努觀測到的大型噴發事件的頻率(約2周一次)。
不過也不是圓不回來:比如如果是低速的流星體撞擊,頻率就會低很多;而且流星體帶來的能量也不是會全部轉化成噴射粒子的動能,所以需要更大更重的流星體才能產生同規模的噴發,這樣所需的撞擊頻率也會低很多。
6、熱破裂
冷熱交替引起的巖石破裂也是一種可能的原因。
貝努的自轉很快(周期4.3小時),離太陽又很近(近日點距離太陽只有0.9個日地距離),這意味著貝努的表面和淺表層地下會頻繁經歷寒冷夜晚和炎熱白天的輪轉。
在這樣頻繁的冷熱交替之下,貝努上的巖石很容易逐漸破碎,有些碎屑可能會在貝努上溫度較高的時候(也就是當地時間下午)被彈射離地表——這正是三次大噴發發生的時間。
也就是說,經過一番排查之後,只剩下了3種可能的原因會導致貝努目前觀測到的大型粒子噴發:含水礦物釋放水、流星體撞擊和熱破裂。當然,也完全可能是這些原因中的兩兩或者三者一同結合起來,共同引起了這樣的大噴發。
那還有近十次小型噴發又是因為什麼呢?
冥王號團隊也提出了一種可能的解釋:小型噴發事件是大型噴發事件的副產物。
觀測到的三次大噴發均發生於貝努當地時間下午,其中一部分噴出的粒子經過亞軌道飛行之後會撞上貝努夜晚那一面,這些粒子經過多次反彈和相互撞擊,完全可能引起一系列小型噴發事件。
參考資料
[1] NASA’s OSIRIS-REx Mission Explains Bennu’s Mysterious Particle Events
https://www.asteroidmission.org/?latest-news=nasas-osiris-rex-mission-explains-bennus-mysterious-particle-events
[2] Lauretta, D. S., Hergenrother, C. W., Chesley, S. R., Leonard, J. M., Pelgrift, J. Y., Adam, C. D., ... & Bennett, C. A. (2019). Episodes of particle ejection from the surface of the active asteroid (101955) Bennu. Science, 366(6470).
[3] Drahus, M., Waniak, W., Tendulkar, S., Agarwal, J., Jewitt, D., & Sheppard, S. S. (2015). Fast rotation and trailing fragments of the active asteroid P/2012 F5 (Gibbs). The Astrophysical Journal Letters, 802(1), L8.
[4] Jewitt, D., & Li, J. (2010). Activity in geminid parent (3200) Phaethon. The Astronomical Journal, 140(5), 1519.