研究称微小的尘埃颗粒可能在小行星的表面跳来跳去

2022年07月28日 16:34 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

根据科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)物理学家的一项新研究,微小的尘埃颗粒可能在小行星的表面跳来跳去,就像玉米粒在煎锅里爆开一样。这种类似爆米花的效果甚至可能有助于清理较小的小行星,使它们失去尘埃,从而在太空中看起来崎岖不平。

Dust-Electrostatic-Lofting-scaled.jpg

该研究的共同主要作者Hsiang-Wen(Sean)Hsu 说,这些新发现可能有助于科学家更好地了解小行星如何随时间改变形状,以及这些天体如何在太空中迁移,有时使它们危险地接近地球。研究人员于7月11日在《自然-天文学》杂志上发表了他们的成果。

CU Boulder大气与空间物理实验室(LASP)的副研究员Sean说:“这些小行星失去的细粒材料或土壤越多,它们的迁移速度就越快。”

这项研究从几张奇怪的照片开始。

2018年,美国宇航局的一个名为OSIRIS-REx的航天器在飞行了超过10亿英里之后,飞掠小行星(191055)Bennu。但是,当航天器抵达Bennu时,科学家们并没有发现他们所期待的东西,Bennu大约有帝国大厦那么高。研究人员曾预测这颗小行星的表面将是光滑和多尘的,但相反,它看起来像粗糙的砂纸。甚至有卡车大小的巨石散落在其外部。

Asteroid-Bennu-Global-Mosaic.jpg

Sean和他的同事们现在正在使用计算机模拟,或模型和实验室实验来调查这个谜团。他认为,较小的尘埃颗粒,其中一些不比一个细菌大,可能被静电般的力量弹出小行星并进入太空,只留下较大的岩石。

研究报告的共同作者Mihály Horányi说,在这方面,Bennu并不孤单。

Horányi说:“我们意识到这些相同的物理现象也发生在其他没有空气的天体上,比如月球,甚至土星环,”他是LASP的研究员和CU Boulder的物理学教授。

尽管小行星可能看起来像被冻结在时间中,但这些天体实际上在它们的整个生命周期中继续演变。

像Bennu这样的小行星在不断地旋转,这使它们的表面暴露在阳光下,然后是阴影和阳光,Sean解释说。这种永无止境的加热和冷却循环给表面最大的岩石带来了压力,直到它们不可避免地开裂。

Sean说:“它每天都在发生,一直都在发生。你最终会把一块大的岩石侵蚀成更小的碎片。”

这就是为什么在OSIRIS-REx到达Bennu之前,许多科学家期待着发现它被光滑的沙质材料所覆盖--有点像今天的月球的样子。不久之前,一个日本太空任务在另一颗名为龙宫的小行星上着陆。科学家们发现了一个类似于粗糙和峭壁的地形。

Sean和他的同事们很怀疑。

自20世纪90年代以来,LASP的科学家们在实验室中使用真空室来研究太空中灰尘的奇怪特性,包括他们称之为"静电悬浮"的壮举。研究的共同牵头人Xu Wang解释说,当太阳光沐浴在多孔的石板上时,负电荷开始在小粒的尘埃上积累。这些电荷将不断积累,直到突然间,这些颗粒爆裂开来,就像两块磁铁相互排斥。

在某些情况下,这些尘粒可以以超过每小时20英里(或超过每秒8米)的速度弹开。

LASP的副研究员Xu Wang说:“以前没有人考虑过小行星表面的这个过程。”

为了做到这一点,研究人员,包括前CU Boulder的本科生Anthony Carroll 和 Noah Hood,进行了一系列的计算,研究两个假设的小行星上的风化层的物理学。他们追踪尘埃是如何形成的,然后在几十万年内跳动。其中一个假的小行星大约有半英里宽(类似于龙宫的大小),第二个则有几英里宽(直径更接近于像 Eros这样的巨型小行星)。

这种大小是有区别的。根据研究小组的估计,当尘粒跳到较大的小行星上时,它们无法获得足够的速度来挣脱其引力。而在较小的、类似龙宫的小行星上则不是这样。

Sean说:“较小的小行星上的引力是如此之弱,以至于它无法阻止逃逸。”

这种损失反过来将使小行星的表面受到更多的侵蚀,导致像科学家在龙宫和Bennu上发现的那样,出现巨石遍布的景象。事实上,在几百万年内,这颗较小的小行星几乎完全被扫除了细小的尘埃。然而,类似Eros的小行星却保持着尘埃。

Sean指出,这种“擦洗效应”可能有助于给小行星的轨道以推动。他解释说,小行星的迁移是因为太阳的辐射随着时间的推移慢慢推到它们身上。根据其他科学家以前的研究,他怀疑被巨石覆盖的小行星可能比那些外表尘埃较多的小行星移动得快。

他和他的同事可能很快就会得到更多的证据来支持他们的计算。在不到三个月的时间里,美国宇航局的一项名为"双小行星重定向测试"(DART)的任务将访问两颗较小的小行星--Sean将观察它们的尘埃程度。

“我们将有新的表面图像来检验我们的理论,”他说。“这对我们来说是件好事,但也有点伤脑筋。”

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