科學家揭示雙星系統精確物理表征

五個科學家團隊報告了對“孿大星”雙小行星系統的新發現，這些發現基于美國宇航局（NASA）“雙小行星重定向測試”（DART）任務的觀測數據。研究結果有助一步了解這些天體的物理和地質特征以及它們的形成，對未來探測任務和行星防御策略有潛在影響。相關研究近日發表于《自然—通訊》。

雙小行星系統（由一個主星和一個環繞衛星組成）尤其受到關注，因為它們能提供對系統組成的精確物理表征，而且能揭示小型天體系統的形成和演化過程。孿大星及其超小衛星孿小星離地球較近，并且是近地空間的常見小行星類型，因此是難能可貴的研究對象，提供了近距離觀測的獨特機會。利用NASA的DART任務采集的數據，五個團隊調查了孿大星雙小行星系統的不同物理特征。

美國約翰斯·霍普金斯大學應用物理學實驗室的Olivier Barnouin和同事利用NASA的DART任務數據以及意大利航天局的“意大利小行星成像立方星”任務的影像，分析了孿大星和孿小星的地質特征和物理特性。他們發現，孿大星的高海拔表面崎嶇不平，有大型石塊（10-160米長）和隕擊坑；低海拔表面則較平坦，大石塊和隕擊坑都較少。相比之下，孿小星上有各種大小的石塊，多個裂縫或斷層，還有一些隕擊坑。作者指出，孿小星可能由孿大星脫落的物質（在引力作用下聚集）形成而來，兩個行星的表面粘聚力特性較低，加上觀測到的隕擊坑，顯示孿大星的表面年齡是孿小星的40-130倍。他們估計孿大星和孿小星的年齡分別在1250萬年左右和不到30萬年。

法國圖盧茲大學的Naomi Murdoch和同事分析了小行星表面的石塊裂縫，確認了孿大星表面的承載力（表面支撐重力載荷的能力）比地球上干旱沙地或月壤的承載力要低很多。在另一篇論文中，意大利帕多瓦天文臺的Maurizio Pajola和共同作者分析了石塊大小、形狀以及在這兩個小行星表面的分布模式。他們發現，孿小星上的石塊大小分布模式顯示，它們是分階段而不是一起形成的，而且直接來自孿大星。這進一步支持了雙小行星系統能從主星物質脫落中形成的假說。

帕多瓦天文臺的Alice Lucchetti和同事則發現，熱疲勞能使孿小星表面的石塊快速破裂，或是熱疲勞在這類小行星（S型小行星）上引起這種快速（約10萬年）石塊破裂的首個觀測結果。最后，圖盧茲大學的Colas Robin和共同作者將孿小星表面34個石塊（大小從1.67米到6.64米）的形態特征與其他多個礫石堆小行星（包括絲川、龍宮、貝努）的表面石塊進行了對比。根據石塊形態特征的相似性，以及與實驗室實驗的對比，他們的發現顯示這類小行星有一個共同的形成和演化機制。

綜合來看，這些發現提供了孿大星系統在DART任務撞擊孿小星前的全面情況。研究結果為歐洲空間局的“赫拉”任務奠定了基礎——“赫拉”將提供更高分辨率的數據，并對該系統以及DART撞擊的后果提供更全面的分析。

Bigot, Lombardo et al. (2024)中在孿小星表面發現的15條疑似巨石軌跡的位置。圖片來自J.Bigot 和P. Lombardo

小行星a) 孿小星b) 絲川c) 龍宮和d)貝努表面的巨石。圖片來自：A. Duchene和 C. Robin

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https://doi.org/10.1038/s41467-024-50146-x

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