小行星本努射出的像垒球一样大的粒子似乎是不可能的-现在天体物理学家知道为什么

OSIRIS-REx于2019年1月19日观察到少量物质从小行星Bennu的表面跳下。(

2019年1月，NASA的OSIRIS-REx宇宙飞船在小行星Bennu的轨道上飞行，当时该镜头捕捉到了意外情况：成千上万的微小物质，甚至是大理石大小的物质，开始从小行星的表面弹起，就像在太空中打乒乓球一样。从那时起，在本努的表面上又观察到了更多此类粒子发射事件。

OSIRIS-REx是一项史无前例的工作，旨在研究像Bennu这样的小行星的组成以及它们如何在太空中移动。但是，正如那些飞跃的粒子所显示的那样，任务已经带来了一些惊喜。

Ann and H.J. Smead航空航天工程科学系杰出教授Daniel Scheeres说：“我们一直在研究小行星很长时间，从来没有人见过这种现象-这些小颗粒从表面上飞了下来。”他领导OSIRIS-REx的无线电科学团队以及CU Boulder的Jay McMahon。

现在，一系列新研究试图重新创建和理解观察到的粒子喷射事件，将发生的事情和原因拼凑在一起。Scheeres和McMahon尤其关注一个问题：跳跃的粒子将如何改变Bennu和其他类似小行星的长期命运？

在《地球物理研究杂志》上发表的研究中：行星，二人组和他们的同事报告说，这些看似很小的事件可能会随着时间的流逝而增加，甚至可能有助于使小行星具有其惊人的形状，这通常与旋转的陀螺相比。

这张小行星Bennu的马赛克图像由OSIRIS-REx航天器于2018年12月2日收集的12幅PolyCam图像组成，其飞行距离为15英里（24公里）。学分：NASA /哥达/亚利桑那大学

“我们想知道这对小行星如何生活更加全面的意义，”航空航天工程学助理教授麦克马洪说。

亚利桑那大学领导OSIRIS-REx的科学运作，这是由位于科罗拉多州的洛克希德·马丁（Lockheed Martin）建造的。NASA位于马里兰州的Goddard太空飞行中心负责整个任务。

质量损失

麦克马洪补充说，一些小行星的生命可能非常混乱。其中一类被科学家称为“活跃”小行星的物质不断地损失大量物质。

麦克马洪说：“它们几乎是彗星和小行星之间的十字架。”“他们正在失去质量，而且足够坚固，我们可以从地球上看到它。”

直到最近，还没有人知道同样的事情可能会在更小的范围内发生。但是Bennu就是这种情况。一种假设表明，温度的快速变化可能会导致小行星表面翘曲并破裂，从而弹出少量物质。另一项研究认为，这种弹出可能是小流星体eo入本努的结果。

该图显示了NASA的OSIRIS-REx航天器向小行星Bennu下降，以收集小行星表面的样本。

根据OSIRIS-REx的观察，从本努（Bennu）弹出的微粒可能和垒球一样大，击球速度约为每小时7英里。麦克马洪说，更令人惊讶的是，这些碎屑中的一小部分似乎是不可能的：他们从Bennu的表面飞出，然后绕小行星运行了几天或更长时间。

麦克马洪说：“在典型的轨道力学中不应该发生这种情况。”

换句话说，基本的轨道计算表明所有这些粒子都应该做以下两件事之一：跳下水面，然后向后坠落，或者摆脱Bennu的重力，再也不会回来。

错过的机会

为了弄清为什么有些人没有遵守规则，McMahon和他的同事使用了详细的计算机模型来跟踪从Bennu喷出的17,000多个测试粒子的轨迹。他们发现其中一小部分似乎是从不太可能的来源获得帮助的：太阳。

麦克马洪解释说，当这些物体从小行星上跳下时，它们会受到来自太阳和本努本身的热量和辐射的照射，这只是一点点，但足以偶尔使它们略微提高速度。通过正确的推动，这些粒子实际上可能无法掉落。

麦克马洪说：“粒子真的很靠近表面，只是被击中了。”“如果能够做到这一点几次，那么它就会陷入可以在轨道上生存很长一段时间的情况。”

一位艺术家对OSIRIS-REx的描绘是使用其可延伸的手臂从Bennu的表面收集材料的样本。

在同一系列中发表的另一项研究中，由谢里斯和麦克马洪率领的一个研究小组试图弄清弹射事件是否可能甚至影响本努在太阳周围的轨道-答案可能不是。

该小组确实发现了其他不寻常的东西：当粒子最终降落在本努的表面上时，许多粒子似乎成比例地落在小行星有明显凸起的赤道附近。结果，这些事件可能会通过将质量从其南北移动到中部，从而在数千年或数百万年的时间里重塑小行星的形状。

这些发现是本努生活中另一场重大事件的序幕​​。下个月，OSIRIS-REx将比以往更接近小行星。到达太空舱后，航天器将使用可伸缩臂从表面抓取样本并将其带回家。

Scheeres和他的同事们期望从已经令人惊讶的小行星获得更多意想不到的发现。

参考：Jay W. McMahon，Daniel J. Scheeres，Steven R. Chesley，Andrew French，Daniel Brack，Davide Farnocchia，Yu Takahashi，Benjamin Rozitis，Pasquale Tricarico，Erwan Mazarico，Beau Bierhaus，“从小行星本努射出的模拟粒子的动力学演化” ，约书亚·埃默里（Joshua P.Emery），卡尔·赫根罗瑟（Carl W.Hergenrother）和但丁·劳雷塔（Dante S.Lauretta），2020年5月18日，JGR行星。
10.1029 / 2019JE006229

这项新研究的共同作者包括来自喷气推进实验室，行星科学研究所，美国宇航局戈达德太空飞行中心，洛克希德·马丁公司，亚利桑那大学，开放大学和田纳西大学的研究人员。