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新视野号探测器飞越阿罗科斯的新数据揭示了太阳系形成的线索

来自名为阿罗科特(Arrokoth)的微小世界的数据,揭示了行星是如何聚集在一起的全新见解。

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如果你在新视野号(New Horizons)飞掠阿罗科特(Arrokoth)(曾被称为Ultima Thule)时 aboard,人眼会看到这个世界呈现明显的红色。这很可能是由一种叫做“土林”(tholins)的化合物引起的。来源:NASA/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所

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2019年的新年第一天,探测器飞掠了一个形状像雪人、被命名为2014 MU69的小型世界。在飞掠时,这个遥远的天体曾使用非官方名称Ultima Thule,但现在已由国际天文学联合会(International Astronomical Union)正式批准的名称是Arrokoth,在美洲原住民的波瓦坦语(Powhatan language)中意为“天空”。它是迄今为止受到地球探测器飞掠的最遥远天体,新视野号花了13年才到达那里。

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如今,距离飞掠已过去一年多,数据已经到位。新视野号团队的研究人员于2月13日在西雅图举行的美国科学促进协会(American Association for the Advancement of Science)年会上公布了他们的最新发现,这些发现基于探测器提供的大量新数据。这些数据代表了新视野号发现的更大一部分,远超去年的少量传输数据,而由此产生的分析可能会改变科学家们对太阳系形成的理解。

古老的时间胶囊

天文学家知道,太阳系起源于一片朦胧的气体和尘埃云,最终演变成了我们今天所见的有序系统。但中间的步骤一直模糊不清。

阿罗科特(Arrokoth)是一个古老但不起眼的天体,它在海王星之外遥远寒冷的柯伊伯带(Kuiper Belt)区域运行,非常适合开始为我们提供答案。这个遥远的世界自形成以来,很可能几乎没有发生变化,大约就在太阳系诞生之时形成,因此它充当了那个古老环境的时间胶囊。

天文学家说,对这个古老世界的观察清楚地表明,它是由原始太阳星云——最终坍缩形成我们太阳系的这片气态云——直接坍缩形成的。

阿罗科特(Arrokoth)由两个红色的、形似略微扁平的雪人一样的“脑叶”组成,表面相对光滑,几乎没有小行星撞击的痕迹。最重要的是,这两个脑叶在接触之前似乎就一直在同步运动和旋转。你可以想象一对散步中的恋人,在伸手牵手之前就互相吸引。

从新视野号拍摄的2014 MU69(又名Arrokoth)图像,显示了陨石坑和有趣的层次暗示。较大的脑叶呈现出厚厚的煎饼状。(来源:NASA/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所/美国国家光学天文台)

NASA/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所/美国国家光学天文台

这是一个形成故事,有助于解答一个因对可用数据存在不同解释而产生的古老宇宙谜团。

“几十年来,一直存在着计算机模型之战,”新视野号首席研究员艾伦·斯特恩(Alan Stern)在接受Discover采访时说道。一方支持所谓的“层级吸积模型”(hierarchical accretion model),即尘埃颗粒碰撞形成卵石,卵石形成岩石,岩石形成巨石,最终形成大型天体,这是一个漫长而剧烈的碰碰车游戏。另一方则支持“云坍缩模型”(cloud collapse),这意味着原始的尘埃和气体星云通过引力相互旋转,并非常温和地直接坍缩成更大的天体。这似乎只是一个细微的差别,但它对我们太阳系如何形成有着巨大的影响。

阿罗科特(Arrokoth)在太阳系遥远的腹地运行,提供了前所未有的视角,让我们了解行星形成过程的实际发生情况。

“我们从未去过像阿罗科特(Arrokoth)这样原始且保存完好的天体,”斯特恩说。“它基本上自40多亿年前形成以来就没有改变过。”这使得它对于回答关于太阳系深层历史的问题具有无价的价值。

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聚集在一起

早期数据显示,构成阿罗科特(Arrokoth)的两个脑叶之间发生了一次温和的碰撞,这是太阳系形成碰撞理论的证据。

但斯特恩表示,现在有了10倍于先前的数据和数月的计算机建模,他们看到了一个不同的故事,一个阿罗科特(Arrokoth)形成过程更加平静的故事。

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“有五条不同的证据支持云坍缩,”他说,所有这些都指向更温和的形成理论。如果阿罗科特(Arrokoth)是这样形成的,那么这表明太阳系的其他构成部分可能也是从尘埃云中产生的,而不是无数天体剧烈碰撞的结果。

“阿罗科特(Arrokoth)为两者之间的争论提供了一个决定性的检验,”斯特恩在新闻发布会上说。“我相信这是一个改变游戏规则的发现。”

随着更多数据的传回地球,研究人员正在重新审视他们对这个遥远世界的理论。阿罗科特(Arrokoth)有一个可辨认的雪人形状,尽管数据显示它似乎是扁平的,更像是两个煎饼而不是两个球体。更新的观测表明,这些部分仍然基本是圆的,只有轻微的扁平。

这些数据也进一步证实了阿罗科特(Arrokoth)的红色色调,这是它与许多其他遥远太阳系天体共有的特征。科学家认为,红色是由于有机分子(类似于土林)造成的,而土林被认为是生命的构成要素。

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来自新视野号(New Horizons)到地球的阿罗科特(Arrokoth)数据仍在传输中,预计还需要一年半才能完成。但飞船管理人员已将数据按优先级排序,因此尚未下载的信息不太可能大幅改变整体画面。

未来,任务规划者希望新视野号(New Horizons)在离开太阳系的过程中能再次飞掠一个柯伊伯带天体。斯特恩表示,除非飞船发生故障,否则它可以在2030年代后期继续收集数据。但它应该会在2020年代末离开柯伊伯带,因此它只有几年的时间来扫描天空寻找下一个目标。

这些新发现于2月13日发表在《科学(Science)》杂志的一系列论文中。

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