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【前沿报道】Science、Nature等:小行星Bennu和Ryugu的新发现对小行星起源和演化的新认识
2019-05-05 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  小行星等小天体被认为是构建地球等类地行星的建筑材料,也是太阳系演化早期的化石,还可能是地球生命的主要来源。以小行星和彗星为目标的小天体探测是深空探测的重要方向。日本于2003年首次开展了近地小行星25143 ItokawaS型)采样返回任务,成功采集了上千颗微米大小的颗粒,通过对采集颗粒的精细分析,取得了重要科学成果。有鉴于第一次采样返回任务的巨大成功,日本和美国分别启动了新一轮的小行星采样返回任务Hayabusa2OSIRIS-REx,旨在采集小行星25143 Itokawa101955 Bennu这两个C型小行星的样品带回地球,开展生命起源、小行星演化、小行星资源等方面的科学探索。目前,这两个探测计划均已到达目标小行星,分别对RyuguBennu开展了近距离的探测,相关研究成果在ScienceNatureNature GeoscienceNature CommunicationsNature Astronomy等国际知名期刊发表,为揭示小行星的起源和演化提供了新认识。 

  Ryugu呈扁圆形(图1),密度仅为1.19±0.02/厘米3,表明其具有高孔隙度特征,与Cb型小行星相符;此外,Ryugu表面分布大量的岩石碎块,具有碎石堆结构的明显特征。根据Ryugu表面坡度在经度和纬度方向的差异,推测Ryugu早期的自转速率可能曾达到过现今的两倍,导致有些岩石向赤道运移,同时有些石块可能还被甩离Ryugu(Watanabe et al., 2019) 

1 导航相机拍摄Ryugu的正面(A)和反面(B)照片(Watanabe et al., 2019    

  Ryugu存在普遍性的2.7 um吸收峰,说明其表面广泛分布含羟基的矿物(Kitazato et al., 2019)。此外,Ryugu的可见-近红外光谱与经历过热变质的CI1型碳质球粒陨石和遭受一定程度撞击发生脱水反应的CM2型碳质球粒陨石比较相似,暗示Ryugu可能经历过一定程度热变质或较强烈的撞击(Kitazato et al., 2019)。综合目前对Ryugu地形地貌、物性和成分等方面的探测结果,认为Ryugu的母体曾经历过水蚀变、热变质和多次撞击,最终由撞击形成的碎块重新吸积形成了现在的Ryugu(图2),从而说明Ryugu并不是理想中最原始的星子(Sugita et al., 2019) 

2 Ryugu形成的示意图(Sugita et al., 2019)。最初吸积形成的Ryugu母体发生过强烈的水蚀变,由于26Al衰变和撞击加热,导致该母体发生脱水,同时导致母体破碎。撞击形成的碎块重新吸积形成小行星,可能后期还经历过较强的撞击从而形成现在的Ryugu    

  Bennu形态与Ryugu接近(图3),密度与Ryugu相当,也为碎石堆结构(DellaGiustina et al., 2019),推测Bennu内部同样主要由岩石碎块和孔隙组成(Scheeres et al., 2019),除此之外Bennu的低纬度区域还具有低高程和低坡度特征(Barnouin et al., 2019; Hergenrother et al., 2019; Scheeres et al., 2019)Bennu撞击坑年代学统计表明Bennu表面的年龄为1-10亿年,早于Bennu成为近地小行星的时间(Walsh et al., 2019)Bennu的表面可见大量米级大小的岩石(如图4),然而,热红外光谱、雷达和热惯量探测结果则支持Bennu表面可能覆盖了一层表土(DellaGiustina et al., 2019; Lauretta et al., 2019) 

  Bennu具有含水矿物的2.7 um吸收峰(图4c),该吸收峰明显强于Ryugu,说明Bennu上的含水矿物比Ryugu丰富(Hamilton et al., 2019)。根据可见光—热红外波段的光谱特征,BennuCM型碳质球粒陨石最相似(Hamilton et al., 2019)Bennu现在的大小并不能维持液态水,说明这些水可能来自更大的母体,该母体经过多期次的演化形成了Bennu (Hamilton et al., 2019),这与Bennu现在的表面特征、物性等观测结果相符。目前认为,Bennu的早期的自转速度比现在快很多,而且其自转速度和表面的物质会随时间不断演化 (Barnouin et al., 2019; Scheeres et al., 2019; Walsh et al., 2019)。最近还发现Bennu表面持续喷射出碎块,通量可达150/秒,这些喷射出的碎块还会被Bennu重新捕获成为它的卫星(Hergenrother et al., 2019),具体原因仍有待进一步观测和研究。 

3  a)小行星Bennu的全球数字地形模型(Barnouin et al., 2019);(b)小行星Bennu拼接图像(图片来源:NASA)

图4 abBennu表面不同大小的岩石(Walsh et al., 2019);(cBennu与不同碳质球粒陨石的光谱。2.74 um处为Bennu吸收峰位置(Hamilton et al., 2019)

  RyuguBennu最新的探测结果表明,小行星虽然体型小,但仍然存在复杂的地质活动和演化历史,更精细地认识还需返回样品的实验室分析来进一步厘定,这对我国小行星探测规划具有重要参考价值。我国首次小行星采样返回探测器将于2022年发射,计划对地球准卫星2016 HO3进行采样,探测器将返回舱送回地球后,将奔赴小行星带开展主带彗星和小行星探测,实现一次探测完成多目标、多技术、多手段的目标。 

 

  主要参考文献 

  Barnouin O S, Daly M G, Palmer E E, et al. Shape of (101955) Bennu indicative of a rubble pile with internal stiffness[J]. Nature Geoscience, 2019, 12: 247-252.原文链接 

  DellaGiustina D N, Emery J P, Golish D R, et al. Properties of rubble-pile asteroid (101955) Bennu from OSIRIS-REx imaging and thermal analysis[J]. Nature Astronomy, 2019, 3(4): 341-351.原文链接 

  Hamilton V E, Simon A A, Christensen P R, et al. Evidence for widespread hydrated minerals on asteroid (101955) Bennu[J]. Nature Astronomy, 2019, 3(4): 332-340.原文链接 

  Hergenrother C W, Maleszewski C K, Nolan M C, et al. The operational environment and rotational acceleration of asteroid (101955) Bennu from OSIRIS-REx observations[J]. Nature communications, 2019, 10: 1291.原文链接 

  Kitazato K, Milliken R E, Iwata T, et al. The surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy[J]. Science, 2019, 364(6437): 272-275. 原文链接 

  Lauretta D S, DellaGiustina D N, Bennett C A, et al. The unexpected surface of asteroid (101955) Bennu[J]. Nature, 2019568: 55-60. 原文链接 

  Scheeres D J, McMahon J W, French A S, et al. The dynamic geophysical environment of (101955) Bennu based on OSIRIS-REx measurements[J]. Nature Astronomy, 2019, 3(4): 352-361. 原文链接 

  Sugita S, Honda R, Morota T, et al. The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes[J]. Science, 2019, 364(6437): eaaw0422. 原文链接 

  Walsh K J, Jawin E R, Ballouz R L, et al. Craters, boulders and regolith of (101955) Bennu indicative of an old and dynamic surface[J]. Nature Geoscience, 2019, 12:242-246.原文链接  

  Watanabe S, Hirabayashi M, Hirata N, et al. Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu—A spinning top–shaped rubble pile[J]. Science, 2019, 364(6437): 268-272. 原文链接 

  (撰稿:王帅,胡森/地星室)

 
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