簡介：1802年小行星Pallas首次被觀測到，幾個世紀(jì)以來，天文學(xué)家一直試圖了解它，根據(jù)照片顯示它像一個高爾夫球。它坑坑洼洼的表面和運(yùn)行軌道表明它經(jīng)歷了多次高速撞擊。最新研究表明它很可能是由數(shù)十億年前水冰和硅酸鹽結(jié)合物形成。

1802年，德國天文學(xué)家海因里?！W伯斯在主行星帶內(nèi)觀察到一顆行星。隨著時間流逝，天文學(xué)家們?yōu)檫@個天體取名為帕拉斯（智神星Pallas），這是希臘女戰(zhàn)神雅典娜的另一個名字。隨后在對主行星帶中更多的行星進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)帕拉斯需被重新分類為一顆大的小行星，這也是繼谷神星和灶神星后在行星帶中第三大小行星。

數(shù)百年來，天文學(xué)家力求獲得一個更好的帕拉斯圖像，來研究更多關(guān)于它的大小、形狀和組成的信息。到了世紀(jì)之交，天文學(xué)家已經(jīng)得出結(jié)論：它是一個扁圓的小行星（一個拉長的球體）。多虧了國際團(tuán)隊的新研究，終于拍下了帕拉斯的第一張細(xì)節(jié)照片，該照片揭示了它的形狀更類似于一個“高爾夫球”——即存在著嚴(yán)重凹陷。

圖解：帕拉斯。

法國馬賽天體物理學(xué)實驗室的皮埃爾·韋爾納扎，他是團(tuán)隊中的首席研究員，該團(tuán)隊成員來自全世界21個研究機(jī)構(gòu)。米歇爾·馬塞特，一位麻省理工學(xué)院地球系大氣與行星科學(xué)專業(yè)的博士后，作為主要作者將這些工作發(fā)表在了《自然天文學(xué)》雜志上。

圖解：在太陽系內(nèi)和木星的小行星：甜甜圈形的小行星帶在木星和火星軌道之間。圖源：Wikipedia

幾百年來，天文學(xué)家已經(jīng)知道與主小行星帶的主體相比，帕拉斯是沿著一個高度傾斜的軌道運(yùn)動的。鑒于這些小行星中的大部分沿著同樣的大致橢圓的軌道圍繞著太陽，且軌道傾角小于30°，帕拉斯的軌道相對于太陽平面傾斜角度為34.837°（原因不明）。

為了他們的研究，韋爾納扎和他的團(tuán)隊獲得了11張帕拉斯的圖像，該圖片由歐洲南方天文臺的超大型望遠(yuǎn)鏡（VLT）上的光譜比色法高對比度系外行星研究儀器（SPHERE）拍攝。這些圖片都是在2017-2019年間，當(dāng)帕拉斯在其軌道距離地球最近的點(diǎn)時拍攝的，他們團(tuán)隊在此期間保留了組成VLT四臺望遠(yuǎn)鏡的其中一臺來捕獲帕拉斯的圖像。

多虧了SPHERE儀器上的極端適應(yīng)性光學(xué)系統(tǒng)，韋爾納扎團(tuán)隊觀察到帕拉斯表面被隕石坑完全覆蓋就如同高爾夫球一般。為了解釋這個問題，該團(tuán)隊考慮了在它圍繞太陽運(yùn)行完整一周的超過四年半的時間內(nèi)（1686天）傾斜軌道導(dǎo)致帕拉斯經(jīng)歷眾多影響的可能性。

經(jīng)他們計算，這些影響是在同一軌道兩顆小行星碰撞所造成的破壞的四倍。正如馬塞特向MIT新聞所解釋的那樣：“帕拉斯的軌道意味著有極高速度的影響。從這些圖像來看，可以發(fā)現(xiàn)帕拉斯是我們所知的小行星帶里最坑坑洼洼的天體，這就像是發(fā)現(xiàn)了一個新世界?！?/p>

圖解：帕拉斯圍繞太陽的高度傾斜的軌道。圖源：Osamu Ajiki (AstroArts)；Ron Baalke (JPL)

研究團(tuán)隊使用由不同方向拍攝的11張圖片進(jìn)行編輯，對小行星的形狀以及小行星極點(diǎn)和赤道地區(qū)的撞擊坑地形圖進(jìn)行了3D重構(gòu)。從這些圖像中，研究人員可以識別出36個直徑大于30 km(18.64 mi)的撞擊坑，此直徑差不多是導(dǎo)致恐龍滅亡的?？颂K魯伯隕石坑的五分之一。

圖解：?？颂K魯伯隕石坑。圖源：百度

盡管與地球和其他天體上發(fā)現(xiàn)的隕石坑相比，帕拉斯的隕石坑較小，但這些隕石坑似乎覆蓋了小行星表面至少10%的地方，這表明了它曾經(jīng)具有頗為狂暴的歷史。為確定有多么狂暴，研究團(tuán)隊進(jìn)行了一系列模擬，模擬四十億年前它形成時，帕拉斯（以及谷神星和灶神星）和主行星帶剩余部分的相互作用。

這些模擬將小行星的尺寸、質(zhì)量和軌道性能以及主行星帶內(nèi)物體的速度和大小分布都考慮進(jìn)去了。然后研究人員全程記錄下與三個天體中的任何一個相撞的模擬撞擊，該撞擊會產(chǎn)生至少40 km寬(25 mi)的撞擊坑（與帕拉斯絕大部分撞擊坑尺寸一致）。他們發(fā)現(xiàn)帕拉斯上40 km的撞擊坑可能是由比谷神星和灶神星小得多的物體制造出來的。

由于小的小行星在小行星帶上比大的更常見，這意味著帕拉斯相比其他同等天體更可能經(jīng)歷高速撞擊事件。如馬塞特說得那樣：“帕拉斯相比谷神星和灶神星經(jīng)受了2到3倍的撞擊，還有它的傾斜軌道直接解釋了我們沒有在另外兩個小行星上見到如此怪異的表面的原因?！?/p>

還有其他發(fā)現(xiàn)來自于最新的帕拉斯圖像，拍攝了南半球的一個亮點(diǎn)以及沿赤道的一個巨大撞擊盆地。然而該團(tuán)隊未確認(rèn)這個亮點(diǎn)可能是什么，他們推理可能是表面有大量的鹽沉積。基于部分3D重建結(jié)果，研究人員更新了對于帕拉斯體積的預(yù)估（研究人員將其與它的質(zhì)量結(jié)合進(jìn)行）。

從這可以看出，經(jīng)研究團(tuán)隊計算帕拉斯在密度上與谷神星和灶神星不同，它可能是在數(shù)十億年前由冰和硅酸鹽組成。隨著時間流逝，當(dāng)冰逐漸融化，會使得硅酸鹽水合化，從而在內(nèi)部形成鹽沉積，在遭到撞擊后被暴露出來。另一個可能的支持證據(jù)就是雙子座流星雨。

雙子座流星雨發(fā)生在每年十二月份當(dāng)?shù)厍虼┰叫⌒行欠ǘ蛩傻乃槠频臅r候，法厄松是一顆近地小行星，它被認(rèn)為是帕拉斯的碎片，并最終進(jìn)入了地球軌道。鑒于雙子座的鈉含量范圍較大，馬塞特和他的同事推測這些鈉鹽可能是來源于帕拉斯的鹽沉積。

圖解：法厄松。圖源：百度

至于對這個寬約400千米(250 mi)的撞擊盆地，研究團(tuán)隊沿著赤道并追蹤可能造成的碎片模擬了不同的撞擊。從他們的模擬，團(tuán)隊可以推斷該撞擊盆地可能是17億年前與一個人直徑20至40千米(12.5~25 mi)的物體碰撞的結(jié)果。

這次撞擊使得碎片被彈射至太空中然后墜落至小行星上，形成的模式正好與在帕拉斯后尾隨的一系列碎片相符。換句話說，這種解釋符合現(xiàn)知的“帕拉斯系列”碎片。正如馬塞特預(yù)測的那樣，最新的觀測和理論也為向帕拉斯低價飛行增進(jìn)了解提供了依據(jù)。

“人們已經(jīng)提議向帕拉斯發(fā)射非常小且廉價的衛(wèi)星。我不知道這是否會發(fā)生，但這項任務(wù)會告訴我們更多關(guān)于帕拉斯表面和亮點(diǎn)起源的信息?！?/p>

這些發(fā)現(xiàn)是近幾年來在主小行星帶內(nèi)的一系列發(fā)現(xiàn)中最新的。這些包括了在黎明任務(wù)中確認(rèn)了谷神星上生命存在的構(gòu)成部分，哈勃發(fā)現(xiàn)的兩顆運(yùn)動類似彗星的雙星小行星，以及（小行星帶中質(zhì)量第四大的星體）實際上是球體，這使它成為了太陽系最小的此類星體。

然后研究表明原始的小行星帶可能一直是空的，直到較大行星的遷移使其被太陽系形成的遺留星體所填滿。難怪那么多科學(xué)家希望向那里運(yùn)送一艘航天器，航天器可能是蒸汽驅(qū)動的來保證成本效益和壽命。

作者: Matt Williams

FY: Miss K

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