人们时不时地提到,我们的先驱者和旅行者们在通往系统边缘的漫长旅程中穿过了柯伊伯带,尽管不幸的是没有可操作的摄像机来记录他们所看到的。错失了机会?不怎么有意思。想想看,找到像阿罗科斯这样的柯伊伯带天体花了多长时间,这是有史以来第一个近距离看到的天体,这要归功于新地平线团队的强大工作。如果不进行重大搜索来寻找目标,通过柯伊伯带的飞行器几乎肯定不会遇到射程内的任何物体来记录细节。
目前,Arrokoth,这个在与我们的时代发生冲突之前曾被称为Ultima Thule的天体,必须作为我们在这个遥远地区出现的例子,这是一个奇怪的天体。像往常一样,当把它的形状比作扁平的雪人时,真正的故事是“扁平的”这个词。这个大约30公里长的物体是如何以它现在的形状出现的,它在围绕太阳298年的轨道上是在什么条件下产生的?
正如下面这张著名的图像所清楚地表明的那样,这涉及到两个相连的叶,这使得这是一个明显的接触双星,两个以前离散的物体以低速相互轻推。起源故事的这一部分很简单,事实上,双叶形状并不是独一无二的。我们也可以在某些彗星中找到它--考虑一下67P/丘留莫夫-格拉西缅科(67P/Churyumov-Gerasimenko)。
但阿罗科斯的两个叶都是扁平的,而不是只有一个。“自然·天文学”杂志上的一篇新论文开始研究这种现象是如何发生的。这篇论文的两位第一作者之一拉迪斯拉夫·雷扎克(Max Planck Institute For Solar System Research)评论道:
“我们喜欢把柯伊伯带看作一个自太阳系诞生以来时间或多或少停滞不前的地区。对于像阿罗科斯这样扁平的物体是如何从这个过程中浮现出来的,目前还没有任何解释。“。
的确如此,因为距离太阳40亿公里,KBO应该基本上保持不变,以某种方式冻结成它们的形式,给我们提供那个时代的信息。然而,我们这里有阿罗科斯,它的表面看起来光滑,没有陨石坑,又是平坦的。这个形状是原始的吗,或者我们实际上看到的是一个冰冷的经典柯伊伯带天体的演化,它应该是我们今天观察到的地方形成的?
图片:阿罗科斯扁平的形状只能从特定的角度看到。美国国家航空航天局(NASA)的“新地平线”号(New Horizons)飞船传回的第一批图像给人的印象是“正常的”雪人形状的物体。阿罗科斯的表面出人意料地光滑,只有几个陨石坑。出处:©NASA/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究院。
为了从那里到这里,雷扎克和合著者赵玉辉(中国科学院紫金山天文台)运行了一个名为莫奈(Monet)的“质量损失驱动的形状演化模型”,该模型提出了一个驱动答案的过程,这个过程在今年早些时候的另一篇论文中得到了发展(引用如下)。
讨论的核心是Arraokoth的旋转轴,它与轨道平面接近对齐;倾角约为99°。一个极地地区面向太阳,而另一个极地地区背对太阳,而赤道地区和较低纬度地区则受通量日变化的影响。作者认为,两极加热并释放冷冻气体,从而产生质量损失,从而随着时间的推移而产生观察到的扁平化。因此,“…”极地达到比赤道更高的峰值温度,这是因为热时标比旋转时标更长,极地比赤道地区经历了更多的升华。“。
我们最终得到了南北半球之间的对称侵蚀。这一过程被认为发生在早期,可能是在100万到1亿年前,因为挥发性的冰被升华了。作者认为甲烷是Arrakoth前驱体演化的驱动挥发分,但补充说N2、CO和CH4冰在大的KBO上都表现出活跃的升华和凝聚。
与新地平线号在冥王星上发现的相比,挥发物在形成过程早期的逃逸并不会特别令人惊讶。在冥王星上,更大的体积和更强的引力使得这颗矮行星能够将一氧化碳、氮气和甲烷气体保留到现在。像Arrokoth这样的小天体几乎不会有引力来抓住这些挥发物。而且,这可能是柯伊伯带天体演化的共同部分:
这一过程很可能发生在身体进化史的早期,也就是在近地表存在超挥发冰期间。这可能是塑造KBO结构的主导过程,如果在它们后来的历史上没有灾难性的碰撞重塑身体的话。此外,虽然冷的经典KBO保留了早期放气形成的形状,但半人马彗星和木星彗星一旦从柯伊伯带进入目前的轨道构型,在不同挥发性物种的亚象下,其结构将被同样的情景进一步改变。我们建议,在研究小行星的形成和KBO的形状演化的模型中,以及在预计存在超挥发冰的区域的其他小冰体中,应该考虑到这一机制。
图片:由于升华驱动的质量损失,阿罗科斯类似物形状演变的数值模拟快照。最下面的形状是从New Horizon观测中导出的数字地形模型。该颜色表示单轨道平均温度。红色代表温暖,蓝色代表凉爽地区。积分:©PMO/MPS。
这篇论文是赵,Rezac等人,“升华作为(486958)阿罗科斯扁平波瓣的有效机制”,“自然天文学”,2020年10月5日(摘要)。上面引用的早些时候的论文是赵等人,“小型柯伊伯带天体类似物的太阳驱动放气的形状演化现象”,“皇家天文学会月刊”第492期,第5152-5166页(2020)。抽象的。