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环绕太阳运行 · 小行星

智神星

第三大小行星——以其高度倾斜且偏心的轨道而著称,比小行星带的邻居们更像彗星。

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智神星是小行星带中体积第三大的天体,也是其中形态最奇特的大型天体之一。它直径约512公里——只有月球的一小部分大小,月球的直径大约是它的七倍——所含质量略超过矮行星谷神星的五分之一,然而它从未形成一个规整的球形。相反,它是一个伤痕累累、凹凸不平、几乎侧躺着的世界,其轨道倾角极为陡峭,以至于它一年中的大部分时间,都远远高于或低于大多数小行星绕太阳运行的那片拥挤平面。

智神星发现于1802年,是人类发现的第二颗小行星。在发现者眼中,它曾一度被视为一颗行星,此后两个世纪里,它始终是个怪异的存在。直到最近,凭借足以分辨其表面细节的高清影像,天文学家们才终于开始解释,它为何会呈现出如今这般模样——布满凹坑、坑坑洼洼,用一个令人难忘的说法来形容,就像高尔夫球一样满是小坑。

一位在搜寻失踪行星时另有发现的医生

智神星于1802年3月28日,由德国医生海因里希·威廉·奥尔伯斯发现,他是在不来梅的家中观测天空时发现它的。当时他正在搜寻前一年谷神星出现的那片区域,却意外撞见了第二个移动的光点。这是人类发现的第二颗小行星,在很长一段时间里,它都被归入行星之列。

奥尔伯斯以希腊智慧女神帕拉斯·雅典娜为它命名——这个名字倒也恰如其分,因为智神星的许多特性,读起来都像是一道有待破解的难题。两个体量可观的天体拥有相似轨道这一发现,促使奥尔伯斯提出,它们是一颗破碎行星的残片,这一想法为现代小行星带研究播下了种子,尽管如今我们已经知道,小行星带其实是一片从未能聚合成行星的物质。

一条陡峭倾斜、偏心的轨道

智神星每4.6年绕太阳一圈,平均距离约2.77天文单位,位于主小行星带中部,与谷神星相邻。让它的运行轨迹与众不同的,是它陡峭的倾角:智神星的轨道相对太阳系平面倾斜约34.8度——远超几乎所有其他大型小行星——而且轨道明显被拉长,偏心率接近0.23,与冥王星相当。

这种几何构型,让智神星成为一个不易接近的目标。由于它在小行星带主平面上下大幅度摆动,要让航天器的运行轨迹与它匹配,所需的燃料远远超过造访一个轨道更平坦、更接近正圆的天体。它是一颗体量庞大的小行星,然而至今仍未有探测器抵达过它。

“高尔夫球”小行星

2020年,由米夏埃尔·马尔塞和皮埃尔·维尔纳扎领导的团队,利用欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜上的SPHERE仪器,拍摄到了迄今为止最清晰的智神星影像。它们所揭示的表面伤痕累累到了极点:至少36个宽度超过约30公里的撞击坑,密密麻麻地散布其上,研究人员将其比作一颗高尔夫球。一个直径约400公里的巨大撞击盆地,在赤道附近留下了伤疤,而南半球一片颜色异常明亮的斑块——可能是盐类沉积物——格外引人注目。

罪魁祸首很可能就是智神星自身的轨道。它以一个尖锐的角度横穿小行星带,因此与其他小行星相撞时的速度更高,撞击频率也比运行在更平坦轨道上的谷神星和灶神星等庞然大物高出两到三倍。数十亿年间这些剧烈的高能碰撞,让智神星比它那两个更大的邻居承受了更为密集的撞击坑覆盖。

一个原始、曾被水改造过的世界

智神星是一个暗色、富含碳质的天体——一颗反射率很低的B型小行星,这意味着它只能反射回照射到它身上的一小部分阳光。它的成分似乎与一类罕见的陨石密切相关,即以“雷纳佐陨石”为代表的CR型碳质球粒陨石,这类陨石保存着太阳系中一些最古老、加工程度最低的原始物质。

关键在于,这些物质显示出在其历史早期曾被液态水改造过的迹象,当时放射性衰变释放的热量,或许曾在这个年轻天体内部驱动了岩石与冰之间的化学反应。因此,研究智神星,就相当于翻阅太阳系婴儿期的一页历史,那时诸行星尚未完全成形。

属于自己的碎片家族

智神星并非孤身一人。它所承受的那些高速撞击,崩落出成群的碎片,一批运行在类似倾斜轨道上的较小小行星,如今构成了“智神星碰撞家族”——这是那些挖出撞击坑、却未能撼动智神星主体的撞击事件所留下的残骸。这些碎片延续着母体那种暗色、富含碳质的成分特征,使这个家族成为一个天然的实验室,供研究者追踪一个天体在宇宙尺度的时间跨度中是如何逐渐破碎的。

观测智神星

用一架普通望远镜、甚至双筒望远镜,就完全能够观测到智神星。在冲日前后——即地球运行到它与太阳之间时——它的亮度通常约为8等,在最有利的、接近近日点的冲日时刻,亮度可提升至约6.5等——正好处于肉眼可见的边缘,但如果确切知道该往哪里看,在黑暗的观测地点用双筒望远镜观测会相当轻松。透过目镜观察,它呈现为一个暗淡的星点,而非圆盘,因此观测的乐趣就在于这场“搜寻”本身:确定附近的一片星域,将其画下来或拍照记录,隔一两个晚上再回去观测那个已经发生位移的光点。这种相对恒星背景的缓慢漂移,正是两个多世纪前,奥尔伯斯借以发现智神星的同一种蛛丝马迹。

数据一览

类型小行星
环绕天体太阳
平均半径256 km
平均轨道距离2.77 AU
公转周期4.6 年

资料来源与延伸阅读