过去,科学家们普遍认为小行星普赛克(Psyche)是一个完全由金属构造而成的“大铁球”,但新的研究表明它很可能隐藏着岩石成分。
* 一位艺术家对Psyche的想象图,这是太阳系中最大的、“纯金属打造”的小行星。图片来源:NASA
美国宇航局计划在2022年发射Psyche任务,并在2026年乘坐航天器访问这颗小行星(16 Psyche)。布朗大学和普渡大学研究人员的一项新研究指出,16 Psyche可能比科学家们推测的重金属含量更少,岩石含量更多。
Psyche 在火星和木星之间的小行星带中绕太阳运行,是最大的M型小行星(编者注:按小行星表面的反射光谱,可分为几大类:S型,M型,K型,C型,D型等。小行星的反射光谱反映了其表面的物质组成。比如:S型小行星的表面主要成分为硅酸盐与金属铁;M型主要成分为金属铁)。与构成大多数其他小行星的硅酸盐岩石相反,它主要由铁和镍组成。但是当从地球上观察时,Psyche发出的信号告诉我们,这是一颗混合成分的小行星。
它反射的光告诉科学家,表面确实主要是金属。这导致了一种推测,即Psyche可能是一个原始行星体的裸露铁核——它的岩石地壳和地幔被一次古老的碰撞炸毁了。然而,普赛克的质量和密度的测量结果却是另一回事。它的引力对邻近天体的拉扯方式表明,普赛克的密度远低于一大块铁的密度。因此,如果 Psyche 确实是全金属,它必须是高度多孔的——有点像一个巨大的钢丝绒球,固体金属和空隙空间的比例几乎相等。
“我们的这项研究是想看看是否有可能让Psyche大小的铁体保持接近 50% 的孔隙率,”布朗大学的学生和研究的主要作者Fiona博士说,“然而我们发现这不太可能。”
*NASA即将执行的Psyche任务将携带革命性的深空光通信 (DSOC) 包。图片来源:NASA
他们为此进行了下一步研究(这项研究也发表在了JGR:Planets上),Nichols-Fleming 与布朗大学助理教授Alex Evans以及普渡大学教授Brandon Johnson和Michael Sori合作,基于金属铁的热特性创建了一个计算机模型,以估计大型铁体的孔隙率将如何随着时间的推移而演变。
该模型表明,要保持高度多孔性,Psyche的内部温度必须在其形成后不久就冷却到800开尔文以下(编者注:热力学温度单位。每变化1K相当于变化1℃。但与摄氏度的计算起点不同,摄氏度以冰水混合物的温度为起点,而开尔文是以绝对零度作为计算起点,即-273.15℃=0K)。如果高于800 K,铁的延展性就会非常之强,以至于其自身的重力会破坏大部分的孔隙空间。研究人员说,根据对早期太阳系状况的了解,像普赛克这样大小的天体——直径约 140 英里——不太可能如此迅速地冷却。
此外,任何可能在Psyche形成后增加孔隙度的事件(例如一次巨大的撞击)也可能将 Psyche 加热到800 K以上。
综合来看,Psyche不太可能是一个多孔的“纯铁球”。它很可能有隐藏的岩石成分,从而降低了它的密度。但如果Psyche确实含有岩石成分,为什么从地球上看它的表面看起来是纯金属的?研究人员给了我们几种可能的解释。
其中一种可能性是铁火山现象——喷铁的火山。研究人员说,有可能Psyche实际上是一个有岩石地幔和铁核的分化体。但是广泛的铁火山活动可能已经将大量的Psyche的核心带到了地表,在它的岩石地幔上形成了一层铁涂层。先前的研究表明,像普赛克这样的天体,是有可能发生铁火山现象的。
无论如何,科学家们很快就会对这颗神秘的小行星有更清晰的了解。今年(2022年),美国宇航局计划发射一艘宇宙飞船,在经过四年的小行星带之旅后,与Psyche会合。
Nichols-Fleming 说:“这项任务令人兴奋,因为Psyche是如此地奇异与神秘。此次任务发现的任何东西都将成为太阳系非常重要的新数据点。”
*Psyche小行星想象图
(独家编译:科幻世界)
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