什麼是小行星帶

1802年，德國天文學家海因裡希·奧爾伯斯發現了一顆他認為是主小行星帶內的行星。隨著時間的推移，天文學家們把這具行星命名為雅典娜，這是希臘戰士女神雅典娜的名字。

隨後，科學家在主帶中發現了更多的小行星。而雅典娜也被重新歸類為大型小行星，成為該主帶中僅次於穀神星和灶神星的第三大小行星。

幾個世紀以來，天文學家們一直試圖更好地觀察雅典娜，以更多地瞭解它的大小、形狀和組成。在世紀之交，天文學家得出結論：它是一個扁球體（一個細長的球體）行星。

某國際團隊的一項研究，捕獲了第一批關於雅典娜的詳細影象，這些影象揭示了雅典娜的形狀更像是一個“高爾夫球”，也就是有很多凹陷進去的小圓坑。

法國馬賽天體物理學實驗室的皮埃爾·維爾納扎是這個團隊的首席研究員，這個團隊的成員來自世界各地的21個研究機構。

麻省理工學院地球、大氣和行星科學系的博士後助理邁克爾·馬塞特是這項研究發表在《自然天文學》雜誌上的第一作者。

在幾個世紀以來的探索後天文學家發現，與主小行星帶的大多數天體相比，雅典娜星的軌道高度傾斜。儘管這些天體大多數都沿著與太陽大致相同的橢圓軌道執行，軌道傾角小於30，但雅拉斯軌道相對於太陽平面的傾斜度為34。837（其原因至今仍是個謎）。

為了進行研究，韋爾納扎和他的團隊獲得了11張雅典娜的影象，這些影象是由ESO的甚大望遠鏡（VLT）上的光譜偏振高對比度系外行星研究儀器獲得的。

這些影象是在2017年和2019年拍攝的，當時該團隊保留了組成VLT的四個望遠鏡中的一個，以便在雅典娜離地球軌道最近的時候拍攝它。

多虧了球面儀的極端自適應光學系統，研究小組觀察到雅典娜的表面被隕石坑徹底弄皺，看起來就像一個高爾夫球。

究其原因，研究小組認為是帕拉斯傾斜的軌道導致它在四年半（1686天，繞太陽執行一週的時間）的時間裡經歷了大量的撞擊。

根據他們的計算，這些撞擊的破壞性將是同一軌道上兩顆小行星碰撞的四倍。

正如馬塞特在麻省理工學院新聞裡所解釋的那樣，“雅典娜的軌道意味著非常高速的撞擊。根據這些影象，可以推斷出雅典娜是目前所知道的小行星帶中最坑坑窪窪的物體。不得不說，這打開了發現新世界的大門。”

雅典娜的高度傾斜軌道。

研究小組利用從不同角度拍攝的11張照片，生成了小行星形狀的3D重建圖，以及其兩極和部分赤道區域的隕石坑地圖。

由此，研究者識別出36個直徑超過30公里（18。64英里）的隕石坑，這大約是導致恐龍滅絕的隕石坑（希克蘇魯伯隕石坑）直徑的五分之一。

儘管與地球和其他星球上發現的隕石坑相比，雅典娜的隕石坑要小得多，但它至少覆蓋了小行星表面的10%，這表明雅典娜上曾發生過激烈的隕石坑撞擊事件。

為了確定撞擊到底有多劇烈，研究小組進行了一系列的模擬。他們模擬了自主帶40億年前形成以來，雅典娜（以及穀神星和灶神星）與主帶其餘部分之間的相互作用歷程。

這些模擬考慮了小行星的大小、質量和軌道特性，以及主帶內物體的速度和大小分佈。然後，他們記錄了所有與這三個物體的模擬碰撞產生了至少40公里（25英里）寬的隕石坑（雅拉斯上大多數隕石坑的大小）的時間。

他們發現，與灶神星上和穀神星相比，一個更小的物體可以在雅典娜上形成一個40公里長的環形山。

由於小行星帶中較小的小行星比較大的小行星更常見，這意味著雅典娜小行星比其同類小行星更有可能經歷高速撞擊事件。正如馬賽特所言：

“雅典娜的碰撞次數是穀神星和灶神星的兩到三倍，它傾斜的軌道直接解釋了在其他兩顆小行星上都沒有看到的非常奇怪的表面。“

從雅典娜的影象中得到的其他發現包括：在雅典娜的南半球有一個亮點，在雅典娜的赤道附近有一個巨大的撞擊盆地。

雖然研究小組無法確定亮點是什麼，但可以推測它可能是雅典娜表面的一個非常大的鹽礦床。這種推測基於三維重建，重建結果提供了關於雅典娜的體積的估計（結合其已知質量）。

從這個角度，研究小組計算出，雅典娜的密度與穀神星或灶神星大不相同，它很可能是由數十億年前的水冰和矽酸鹽組合而成。隨著時間的推移，水冰融化，從而水化矽酸鹽，在內部形成鹽沉積，然後被被撞擊暴露。

另一個可能的證據是雙子座流星雨。

每年12月都會發生雙子座流星雨，那時地球正穿過小行星法厄同（一顆近地小行星）的碎片雲，那有可能就是進入地球軌道的雅典娜碎片。

馬塞特和他的同事認為，雙子座流星雨的含鹽量很高，這很可能與雅典娜有關。

至於寬約400公里（250英里）的撞擊盆地，研究小組模擬了沿赤道的各種撞擊，並追蹤了可能產生的碎片。

研究小組根據模擬得出結論，該盆地很可能是17億年前發生的一次碰撞的結果，當時一個直徑在20到40公里（12。5到25英里）左右的物體撞擊了雅典娜。

這次撞擊將碎片彈射到太空中，之後碎片又落回到小行星上，形成一種恰好與觀察到的尾隨雅拉斯星的碎片家族相匹配的模式。換句話說，這種解釋符合目前已知的片段“雅典娜家族”。

正如馬塞特所指出的，這些觀察和理論也支援了一項低成本的帕拉斯任務，以瞭解更多關於它的情況。

“人們已經提出用非常小的、便宜的衛星開展帕拉斯任務。我不知道這能否會發生，但如果可以實施的話，就可以告訴我們更多關於雅典娜的表面和亮點的起源資訊。

這些發現是近年來在小行星帶內一系列發現中的重要發現。其中包括“黎明”號任務，確認穀神星上存在生命的組成部分；另外，哈勃望遠鏡發現了一顆雙星小行星，其行為類似於兩顆彗星；以及“海衛一”（該帶第四大質量天體）實際上是球形的，這使其成為太陽系中同類天體體積最小的。

另外，有研究表明，一個原始的小行星帶可能是空的，直到大行星的遷移導致它被太陽系形成後留下的物體填滿。

因此，許多科學家想要把宇宙飛船送到那裡，以確保成本效益和壽命。

相關知識

帕拉斯是主小行星帶中第三大的小行星。一項新的研究揭示了帕拉斯的形狀更像是一個高爾夫球，即凹痕很大。帕拉斯沿著高度傾斜的軌道執行，其軌道相對於太陽平面傾斜34.837°，科學家們認為正是這一特點導致帕拉斯相較於主小行星帶其他物體受到更多高速隕石撞擊而產生其高爾夫球一樣的形狀。科學家們還為帕拉斯南半球出現的亮點和赤道巨大的衝擊盆地提供瞭解釋。

作者： MATT WILLIAMS

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