45亿年前的一次宇宙之吻：Ultima Thule小行星的形成之谜

来源：美国宇航局/约翰霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所/国家光学天文台

一项新的研究表明，两个原始小天体之间发生的温和融合最终形成了一个遥远的小行星天体，Ultima Thule。

这两个原始天体很可能是在太阳系形成之初，在距离新生太阳数十亿英里的同一团冰物质中形成的。它们最初绕着一个共同的质心旋转，但后来靠得越来越近，最终以一种非常温和的方式相遇。

美国科罗拉多州博尔德市西南研究所的艾伦·斯特恩(Alan Stern)是这项研究的主要作者，他说：“这确实为我们提供了关于小行星体起源的信息。”

斯特恩是美国宇航局新视野号任务的首席研究员，该任务于今年1月1日飞越Ultima Thule。昨天(5月16日)发表在《科学》(Science)杂志网络版上的这项新研究，描述了那次飞越所带来的初步科学成果。这次飞越是宇宙飞行史上距离地球最远的一次。

遥远的第二个目标

新视野号于2006年1月发射升空，对冥王星进行了首次近距离观察(虽然我们在1930年就已经发现了冥王星，但我们对冥王星在很大程度上还很陌生)，2015年7月，该航天器完成了这一主要任务目标，在距离这颗矮行星7800英里(12500公里)的范围内进行了放大拍摄，捕捉到了冥王星表面复杂多样的惊人图像。

新视野号团队随后将注意力转向了Ultima Thule小行星(官方名称：2014 MU69)，该小天体目前距离地球约40亿英里(65亿公里)，比冥王星还要远10亿英里(16亿公里)。

而1月1日的飞越，是新视野号扩展任务的核心任务，这是一次比冥王星飞越更具挑战性的太空飞行壮举。

Ultima Thule要比冥王星要小得多，它最长的维度只有22英里(35公里)。与冥王星相比，“新视野号”距离Ultima Thule要更近，当时，它在这个小天体寒冷的表面仅2200英里(3540公里)的高空以每小时32280英里(51950公里/小时)的速度高速巡航。

到目前为止，“新视野号”仅向地球发回了25%的飞越数据，数据完全传送完应该要到2020年年中。斯特恩说，这项新研究只基于预期总数据量的10%，也就是研究人员在2月底提交论文前可获得的数据量。但就像这篇新论文所显示的那样，即便是对“新视野号”图像和测量数据的首次有限观察，也使研究人员得出了一些非常有趣的结果。

一个扁平、略带红色的“雪人”

新视野号发现，2014 MU69是一个由两个小天体组成的“相接双星”，研究小组将其分别命名为Ultima(较大的一个小天体)和Thule。因此，这个物体看起来就像一个雪人——一个被压扁的带血雪人。

斯特恩说，Ultima Thule是除了火星之外宇宙飞船探索过的最红的天体，火星的红色是铁氧化物(铁锈)造成的，但2014 MU69的红色有点不一样。“新视野号”研究小组认为这种红色来自于一种叫做tholins的复杂有机分子，或者类似的东西。

这种tholins复杂有机分子并不陌生，新视野号在冥王星及其最大的卫星卡戎上发现了带红色的条纹，而tholins复杂有机分子被认为是这些红色条纹的形成原因。

除了带红色之外，Ultima Thule另一个最大的特征就是扁平，尤其是名为Ultima的那一个原始天体，出现了明显的变平特征——“没有人能够用模型预测到这一点，这让理论学家们重新回到了起点。”

研究小组还不确定Ultima Thule是怎样变得扁平的，斯特恩说，这可能是快速旋转造成的。(目前，该天体每15.9小时自转一次，但在合并之前，组成它的两个原始天体的早期自转速度可能要快得多。)

斯特恩说：“这也有可能是大量空气动力侵蚀造成的。”他提到的一种可能认为，没有被Ultima或Thule吸积的气体和物质颗粒可能会反而对它们造成冲刷作用。

Ultima Thule还有许多其他的谜团。例如，Ultima有许多大小相似的毗邻土丘，这些土丘可能是构成Ultima的较小碎片的轮廓，然而，Thule却没有这样的土丘。

这可能是因为两个原始天体的形成方式略有不同。但是Thule有一个被称为马里兰(Maryland)的陨石坑，宽4.3英里(7公里)。斯特恩说，所以，Thule也可能有过土丘，但这些土丘特征可能在造成马里兰陨石坑的撞击中被抹去了。(新视野号并没有在Ultima上发现任何大的陨石坑。)

此外，Ultima Thule的两个部分都有许多小凹坑，其起源仍未确定，研究小组成员说，这些小凹坑可能有多个形成过程。

研究人员在这项新研究中写道：“我们的评估认为，相比于陨石撞击，这些大小相似的坑更可能是由天体内部原因形成的，但这些坑的平面轮廓近似圆形，内部呈凹陷的碗状，在某些例子中还有凸起的边缘，这又与撞击坑的形态更为一致，”。

新视野号的研究小组还没有发现任何环绕Ultima Thule运行的卫星或尘埃环，该天体也没有显示出任何大气层或彗星状气体逸出的迹象。但随着越来越多的数据传回地球，研究人员将继续寻找答案。

一个原始天体

Ultima Thule的相接结构很明显表明该天体十分原始，可以追溯到太阳系的诞生时期。

2014 MU69附近——海王星外寒冷黑暗的深处，被称为柯伊伯带——的撞击速度目前约为670英里/小时(1080公里/小时)，因此，如果两个天体在当今与柯伊伯带“相遇”的话，并不会产生我们今天所看到的Ultima Thule小行星;斯特恩和他的同事发现，碰撞的两个天体很可能会被撞击破坏或变得畸形。

事实上，该团队在上个月一次会议中展示的模拟研究表明，产生Ultima Thule的碰撞可能以每小时5.5英里(8.9公里/小时)的速度发生——这比大多数慢跑者的速度还都要慢，这种“温和的动态环境”只在很久之前存在，即在太阳形成后不久的时期。

其他证据也认为Ultima Thule是一个相对变化不大的古老天体。例如，它的两个组成部分在亮度和颜色上都是相似的，这表明它们都是很久以前在相同的旋转气体云团和尘埃团中形成的。

斯特恩说：“毫无疑问，这是我们使用宇宙飞船近距离观测到的第一个原始相接双星。”

还有更多的工作要做

“新视野号”团队的成员也许终有一天会解开更多关于Ultima Thule的谜题;毕竟，大部分的飞越数据还没有传回地球。

但即使分析完所有这些信息，科学家们可能还有更多的工作要做。斯特恩说，这艘宇宙飞船运行情况很好，而且还有足够的燃料去完成另一个深空天体飞越任务。

斯特恩说，要进行另一项深空天体飞越任务，NASA将不得不再次批准任务延期，而新视野号团队要到明年才能申请延期(研究人员也确实打算这么做)。

斯特恩说：“我们大老远地来到柯伊伯带，当然要将尽可能地从这次任务里获取最多的信息。”

斯特恩说，未来将会有更多的航天器去探索外太阳系，“不过它们还没有这么快出现，但既然我们现在有这样的一个任务，我们就要好好利用。”