天文学家第一次捕捉到正在改变颜色的小行星

去年12月,科学家们在小行星带内发现了一颗“活跃”的小行星,它夹在火星和木星轨道之间。天文学家将这块太空岩石命名为6478高尔特,它的尾迹中似乎留下了两条尘埃——这种活跃的行为与彗星有关,但在小行星中很少见到。

虽然天文学家们仍然对高尔特彗星状活动的原因感到困惑,但麻省理工学院领导的一个研究小组现在报告说,他们已经捕捉到这颗小行星在近红外光谱中从红色变成蓝色的过程。这是科学家首次实时观测到一颗会变色的小行星。

麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)博士后迈克尔•马塞特(Michael Marsset)表示:“这是一个非常大的惊喜。”“我们认为我们已经目睹了这颗小行星将其微红色的尘埃带向太空,我们也看到了这颗小行星下面新鲜的蓝色层。”

马塞特和他的同事们也证实了这颗小行星是由岩石构成的——这证明了这颗小行星的尾巴虽然看起来像彗星,但却是由完全不同的机制造成的,因为彗星不是由岩石构成的,而更像是由冰和尘埃组成的松散雪球。

“据我所知,这是我们第一次看到岩石状的天体发射出尘埃,有点像彗星,”马塞特说。“这意味着可能有某种机制与彗星不同,与大多数活跃的主带小行星不同,负责尘埃排放。”

Marsset和他的同事,包括EAPS研究科学家Francesca DeMeo和Richard Binzel教授,今天在《天体物理学杂志快报》上发表了他们的研究结果。

有尾巴的石头

1988年,天文学家首次发现了6478颗高尔特,并以行星地质学家唐纳德·高尔特的名字为这颗小行星命名。直到最近,人们还认为这块太空岩石相对平均,大约2.5英里宽,与2.14亿英里外的小行星带内部的数百万块岩石和尘埃一起绕轨道运行。

今年1月,包括美国国家航空航天局(NASA)哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)在内的多个天文台拍摄的图像捕捉到了尾随这颗小行星的两条窄彗星状尾巴。天文学家估计,较长的尾巴向外延伸了50万英里,而较短的尾巴大约只有它的四分之一长。他们的结论是,这些彗尾一定是由数千万公斤的尘埃组成,这些尘埃是由小行星主动喷射到太空中的。但如何?这个问题重新点燃了人们对高尔特的兴趣,从那以后的研究发现了过去类似的小行星活动。

“我们知道在火星和木星之间大约有100万颗天体,在小行星带中活跃的可能有20颗,”马塞特说。“所以这种情况非常罕见。”

今年3月,他和同事们在夏威夷莫纳克亚山的美国宇航局红外望远镜设施(IRTF)获得了观测时间。在两个晚上的时间里,他们观察了这颗小行星,并使用高精度光谱仪将小行星射入的光线分成不同的频率或颜色,这些频率或颜色的相对强度可以让科学家们了解到一个物体的组成。

从他们的分析中,研究小组确定这颗小行星的表面主要由硅酸盐组成,硅酸盐是一种干燥的岩石物质,与大多数其他小行星相似,更重要的是,与大多数彗星完全不同。

彗星通常来自太阳系较冷的边缘。当它们接近太阳时,任何表面的冰都会立即升华或蒸发成气体,形成彗星特有的尾巴。由于Marsset的团队已经发现6478高尔特是一颗干燥多岩石的天体,这意味着它很可能是通过其他一些活跃的机制产生了尘埃尾巴。

新的改变

当研究小组观察这颗小行星时,令他们惊讶的是,他们发现这颗岩石在近红外波段的颜色正在发生变化,从红色变成了蓝色。

合著者DeMeo说:“我们从未在这么短的时间内看到如此巨大的变化。”

科学家们说,他们可能看到这颗小行星表面的尘埃被喷射到太空中,呈现出一个新鲜的、辐射较少的表面,在近红外波长下呈现蓝色。

“有趣的是,你只需要去掉非常薄的一层就可以看到光谱的变化,”DeMeo说。“它可能只有一层只有几微米深的颗粒那么薄。”

那么是什么导致小行星变色呢?研究6478高尔特的团队和其他小组认为,这颗小行星颜色变化的原因,以及它类似彗星的活动,很可能是由于同样的机制:快速旋转。这颗小行星可能旋转得足够快,足以通过离心力将表面的尘埃层剥离。研究人员估计,它需要大约两个小时的自转周期,每两个小时旋转一次,而地球的自转周期是24小时。

马塞特说:“大约有10%的小行星旋转速度非常快,也就是说,它们的旋转周期为两到三个小时,这很可能是由于太阳使它们旋转造成的。”

这种旋转现象被称为约普效应(或雅科夫斯基-奥基夫-拉齐耶夫斯基-帕塔克效应,以发现它的科学家命名),指的是太阳辐射或光子对附近小行星等小型天体的影响。当小行星将大部分辐射反射回太空时,其中的一小部分光子被吸收,然后以热能和动量的形式重新发射出去。这就产生了一个小的力,经过数百万年,可以使小行星旋转得更快。

天文学家过去曾观察到约普效应对少数小行星的影响。为了证实6478高尔特也有类似的作用,研究人员必须通过光曲线来探测它的自旋——这是对小行星亮度随时间变化的测量。目前的挑战是要看穿这颗小行星相当大的尘埃尾巴,因为尘埃尾巴会遮住小行星光线的关键部分。

马塞特的团队和其他团队计划研究这颗小行星,当它下一次出现在天空时,寻找进一步的活动线索。

“我认为(该小组的研究)强化了小行星带确实是一个充满活力的地方这一事实,”德梅奥说。“虽然你在电影中看到的小行星群相互撞击是一种夸张的说法,但确实每时每刻都有很多事情在发生。”

这项研究部分由NASA行星天文学项目资助。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2019/asteroid-changing-color-first-0830

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