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原创 在离地球上亿英里的外太空中,欧洲航天局探测器让大家看出另1种风景

宇宙中的天体都长什么样?不知道。反正不都是球,尤其是那些小个头儿的天体。大多数小天体,比如小行星和彗星,都长得挺随心随欲的。

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非要总结归类的话,也不是完全无迹可寻,最常用的标准就是长宽比啦。虽然同样是不规则形态,有些小天体长宽比小些,像个苹果;而有些长宽比大些,就像个芒果。更夸张的就是去年新发现的第一颗来自太阳系外的星际来客‘Oumuamua,长宽比高达10:1,假想图长这样:

太空逐鹿10年,就为了登陆这一刻。随后,罗塞塔号向地球上的我们展现了多张关于这颗小天体的精妙图片,并且将我们的视野带到另一个世界。

在离地球上亿公里的外太空中,一颗被科学家锁定的小天体以每秒38公里的超级速度飞行。为了能对它进行深入探索,在2004年,欧航局派去了一艘探测器罗塞塔号,在经过10年太空逐鹿后,终于在离地球4亿公里外太空中赶上小天体,这时罗塞塔号探测器行程已达到64亿公里。

大撞击:水能煮粥,亦能载舟

图片 3灾难性大撞击的假说也不是因为不喜欢缘分说凭空想出来的。天文学家在研究小行星的形成原因时就成功地证明过这个假说。当时人们发现,虽然太阳系里有辣么多辣么多小行星,但明显可以有些小行星的光谱和轨道特征太像了——这绝对是一家子出来的啊!于是科学家们通过光谱特征把一些小行星分了类(族)。

一个很自然的推理就是:同族的小行星们都是同一颗母天体被撞出来的碎片!2001年,法国尼斯天文台的Michel团队首次通过计算机模拟较为全面地重现了这个过程,表明被撞击后的碎片是可以快速完成吸积和重组的\[3\]

图片 4灾难性撞击之后碎片的重组过程。图片来源:参考文献[3]
| 翻译:haibaraemily

这一成果还登上了2001年11月23日的Science封面。


Michel的模拟结果虽然极其精彩,但也有明显的粗糙之处——为了简化,所有的碎片和碎片的重组体都以球形模拟,而没有考虑它们的实际形状。于是2013年,Michel及同事又做出了一些改进,改进后的模拟结果表明,这种灾难性大撞击之后的重组可以形成各种形状的小天体\[3\]

图片 5Michel和同事们用改进版模型模拟出灾难性撞击之后,碎片重组出小行星“丝川”的过程。图片来源:参考文献[4]
| 翻译:haibaraemily

改进版模型已经可以模拟出彗星这样不规则形状的小天体了,但从小行星到彗星还是差了那么一点:彗星更加特殊,不仅质地更松散,而且还含有大量固态形式的挥发性物质(比如水冰)。经过大撞击后的重组,彗星的松散质地和挥发性组分还能保持的住么

近日,同样来自法国尼斯天文台的Schwartz及其同事们的最新模拟结果\[5\]表明:完全没问题!

Schwartz及其同事们模拟了以下不同速度和质量比的多种灾难性撞击下母天体碎片的重吸积过程。

图片 6模拟中选取的撞击参数,每种都已经达到了灾难性撞击的阈值,也就是每种情况下母天体都会被撞击所粉碎。注意这里的速度是撞击体撞碎母天体的相对速度。彗星67P的质量大约为模拟采用的母天体质量的9%。来源:参考文献[5]

以下是其中一种模拟情况下母天体被撞碎和碎片吸积重组的样子。

图片 7Schwartz及同事们模拟的撞击速度150
m/s,摩擦角29°情况下,母天体被撞碎以及碎片的重吸积过程。来源:参考文献[5]

模拟结果显示,毁灭性大撞击之后,母天体的碎片完全可能以低速相互碰撞(相对速度小于1
m/s)的方式重新聚集在一起,重吸积之后会产生各种大小和形态的小天体,其中完全可能形成67P这样的哑铃型形状。并且,碎片重组过程中产生的热量并不高,也不会发生剧烈的压缩,可以允许大部分碎片依然保持原先的形态、挥发组分,和松散质地。

图片 8Schwartz及同事们模拟的灾难性大撞击发生9天后还在进行的缓慢撞击和融合,原视频10.7秒的时长代表了10.7个小时内的变化。来源:参考文献[5]

哑铃型彗星的灾难性撞击起源假说可以更好地解释这些碎片为什么会刚好撞在一起,也可以更好地解释彗星表面的断层等撞击相关的地貌成因。同时,这样的撞击在太阳系历史上的任何时候都可能发生。因此虽然彗星67P的两个哑铃头部分已经保留着太阳系最原始的成分,但这种新的组成体,以及表面的一些地貌形态可能非常年轻

如果我们把时光的指针稍稍拨回一百年,那时候的科学家们没有几个会相信月球上的陨石坑是陨石撞击形成的(那时候大多数人认为是火山喷发或者地表塌陷形成的),毕竟,那些密密麻麻的陨石坑……Excuse
me,撞击怎么可能起到这么大的作用?!

 然而,如今的我们已经知道,不仅月球、火星和太阳系中几乎所有的固态天体上都布满了陨石撞击留下的痕迹(地球上也有,只是大多被后来的地质作用抹掉了),甚至连月球本身都可能是大撞击产生的,冥卫一卡戎可能也是形成于类似的过程;地球上的水和有机物可能是小行星和彗星的撞击带来的;土星壮丽的环系有些可能来自卫星被撞碎的碎片……

虽然在这茫茫宇宙的漫长历史中,有无数的天体曾经或正在撞击中走向毁灭

但这毁灭之中,也孕育着新生

图片 9想象中的形成月球的大撞击图景。

大撞击假说认为,约45亿年前,一个火星大小的天体撞击地球,其碎片形成了后来的月球。不过关于撞击体的大小、撞击发生的次数等细节问题目前依然有争议。大撞击假说是目前最受青睐的月球起源假说。(编辑:明天)

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图片 12彗星和小行星大小和形状举例。图片来源:ESA

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在这个离地球上亿公里的另一个世界里,一切都显得那么单调和平静,这里没有地球世界里五彩缤纷的颜色,只有黑色太空和白色天体两种颜色组成。也没有喧哗嘈杂的城市声音,只有寂静得让窒息的无声世界。

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