变色的小行星_风闻

原创：牧夫天文

翻译：华子乾

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://phys.org/news/2019-08-astronomers-asteroid.html

去年十二月，天文学家们在火星与木星轨道之间的小行星带发现了一颗“活跃”的小行星。人们发现这块被天文学家标记为6478 Gault的太空岩石具有两条有尘埃组成的尾迹，这一行为通常被认为与彗星相关，而在小行星中十分少见。

通过NASA/ESA的哈勃空间望远镜观测到的Gault小行星。显示了两条窄的、彗尾状的尾迹，这代表它正在缓慢解体。小行星周围明亮的线条是背景的恒星。Gault小行星位于火星和木星轨道之间。图片来源：NASA, ESA, K. Meech and J. Kleyna, O. Hainaut

当天文学家们仍对Gault小行星彗星式行为的成因感到困惑时，一支麻省理工的团队宣布这一行为导致了在近红外光谱，小行星颜色由红变蓝。这是天文学家们第一次实时观测到颜色变化的小行星。

麻省理工地球大气和行星科学学院的博士后Michael Marsset表示：“这令人十分惊讶。我们认为我们观测到了小行星正在向太空中丢失它偏红的尘埃，并且我们可以看到小行星表层下偏蓝的部分。”

Marsset及其同事也确认了这颗小行星是石质的，这也证明这颗小行星的尾迹虽然与彗尾十分相似，却是通过完全不同的机制产生。（彗星并非石质的，而更像是由冰和尘埃组成的松散的雪球。）

小行星带 | 图片来源：维基百科

“在我的印象中，这是我们第一次见到像彗星一样掉落物质的石质天体。这也表明可能存在一些的不同于彗星或者其他活跃主带小行星的机制导致这种尘埃的发射。”

Marsset和他的同事们，包括了麻省理工地球大气和行星科学学院的研究科学家Francesca DeMeo和Richard Binze教授，在8月30日将他们的结果发表在了期刊Astrophysical Journal Letters（天体物理学杂志通讯）上。

带尾巴的岩石

天文学家在1988年首次发现了小行星6478 Gault并使用了行星地质学家Donald Gault的名字命名。直到最近，这块太空岩石都十分普通，大约3.7千米宽，与其他上百万颗类似的岩石或者尘埃一起，在距离太阳3.44亿千米的小行星带内部运动。

今年一月，来自包含NASA的哈勃空间望远镜在内的多个天文台的图像捕捉到了这颗小行星两条窄的彗尾状的尾迹。天文学家估计较长的尾迹越有80万千米长，短的大约是40万千米。天文学家们认为，这些尾迹会包含上千万千克的尘埃，被这颗小行星抛射进太空。但是这是如何发生的呢？这一问题重新点燃了人们对于Gault小行星的兴趣，到目前为止的研究发现这颗小行星曾经也有过类似的行为。

“我们知道在火星和木星轨道之间存在着上百万个天体。其中大约只有20个是活跃的，所以这种情况十分罕见。”Marsset提到。

Gault小行星概念图 

Credit：B. E. Schmidt and S. C.

他和他的同事们在今年三月参加了对于Gault小行星活动的研究，他们获得了使用夏威夷莫纳凯亚山上NASA的IRTF红外望远镜的观测时长。使用两个晚上，他们对这颗小行星进行了观测，并使用了高精度光谱仪将来自小行星的光子分成不同波长（或者说颜色）。不同波长光之间的相对强度可以让天文学家们了解小行星的组成。

通过分析，小组认为小行星的表面主要由硅酸盐组成，这是一种干燥的，石质的材料，这与大部分小行星类似，更重要的是，这与大部分彗星是不同的。

彗星通常来自太阳系遥远寒冷的边界。当它们靠近太阳时，它们表面的冰开始升华或者蒸发成为气体，从而形成了彗尾。由于Marsset的团队发现Gault小行星是干燥的石质的天体，这也表明其是通过其他机制产生尘埃尾的。

新的变化？

当团队观测这颗小行星时，他们发现，这颗小行星在近红外波段，正在由红向蓝改变颜色。

“我们以前从未在如此短的时间内观测到如此巨大的变化。”合作作者DeMeo提到。

天文学家们认为我们很有可能看到小行星表面受到太阳上百万年辐射而变红的尘埃，正在被抛射进入太空，露出了更新的，受到更少辐射的表面，这一表面在近红外波段就会显得更加蓝。

“有趣的是，只要很薄的一层表面脱落，比如几微米的厚度，就能够观测到光谱的变化。”DeMeo表示。

对Gault小行星的几次观测

Credit：The Virtual Telescope Project

所以是什么导致了小行星变化颜色呢？Marsset团队和其他研究Gault小行星的团队认为颜色变化以及小行星类似彗星的行为都来自同一机制：高速自转。这颗小行星可能正在快速自转，从而通过离心力甩掉了表面的尘埃。研究者们估计这种情况需要大约两个小时的自转周期。

“大约百分之十的小行星会高速自转，拥有大约二到三小时的自转周期，这很有可能是太阳导致的。”Marsset说。

这种自转现象也被称为YORP效应（Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack效应，使用了发现这一现象的科学家的名字命名）。这种现象描述的是太阳辐射对于临近小天体（比如小行星）的影响。当小行星将大部分辐射反射进入太空时，也有一部分光子被吸收，并重新以热量和角动量的形式释放。这产生了微小的力，使得小行星在上百万年的时间内自转逐渐加快。

YORP效应示意图 | 图片来源：维基百科

天文学家们已经在大量小行星上观测到了YORP效应。为了确定在Gault小行星上也存在相同的效应，研究者们通过光变曲线来确定小行星的自转，也就是测量小行星亮度随着时间的变化。但是观测需要透过小行星的尘埃尾，这会阻挡很大一部分小行星的光，这是研究的困难之处。

Marsset的团队，与其他团队一起，计划当这颗小行星再次可见时，进一步研究这颗小行星，寻找其活动的线索。

“我认为（团队的研究）证实了小行星带是十分有活力的区域。当你在电影里看到小行星带时，它们都在互相碰撞，这是夸张的。但是确实会有很多类似的情况时时刻刻都在发生。”DeMeo说。

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