太空探索

健神星:一場碰撞,把它變圓了?

主小行星帶第四大天體、最大的碳質小行星。2019 年甚大望遠鏡發現它近乎球形,可能源於約 20 億年前一場巨型撞擊後的重新聚合,並因此成為最小矮行星的熱門候選。

健神星:一場碰撞,把它變圓了?

把一堆深色碎石撞散後,它們還能重新滾成一個近乎圓球嗎?健神星(10 Hygiea)可能就經歷過這樣的故事。它直徑約 434 公里,是主小行星帶第四大的天體,也是最大的碳質小行星;2019 年的清晰影像還引出一個有趣問題:它夠不夠格成為太陽系最小的矮行星?

碳質小行星中的"大塊頭"

主小行星帶中約四分之三的小行星屬於 C 型,即碳質小行星,健神星正是其中最大的一顆。它表面富含碳質物質與含水礦物,反照率僅約 0.07,比煤炭亮不了多少,塊頭雖大,在望遠鏡裡卻只是個闇弱的光點。韋布望遠鏡的近紅外光譜還揭示其表面有含水層狀矽酸鹽,是研究太陽系早期水與有機物分佈的重要樣本。

韋布望遠鏡 NIRSpec 測得的健神星與穀神星近紅外光譜對比,2.72 微米處的吸收谷來自含水礦物;本機化配圖
韋布望遠鏡 NIRSpec 測得的健神星與穀神星近紅外光譜對比,2.72 微米處的吸收谷來自含水礦物;本機化配圖

發現與軌道

1849 年 4 月 12 日,義大利天文學家德·加斯帕里斯在那不勒斯發現了這顆第 10 號小行星,它以希臘神話中的健康女神許癸厄亞命名。

它軌道傾角約 3.8 度、偏心率約 0.12,相當"規矩"。自轉週期曾長期被認為是 27.6 小時,2020 年才被修正為 13.8 小時——原來過去的測量把半週期當成了整週期。

健神星(白色軌道)位於火星與木星軌道之間的外主帶,公轉週期約 5.56 年;本機化配圖
健神星(白色軌道)位於火星與木星軌道之間的外主帶,公轉週期約 5.56 年;本機化配圖

近乎球形:一場遠古巨撞的遺物

2019 年發表在《自然·天文學》的研究讓健神星一舉成名:直接成像顯示它非常接近球體,表面卻找不到與健神星族形成相匹配的巨型撞擊盆地——如此大規模的碎裂理應留下傷疤。

計算機模擬給出瞭解釋:約 20 億年前,一顆直徑約 100 公里的天體把健神星徹底擊碎,但絕大多數碎片並未逃逸,而是在引力下重新聚合,滾雪球般堆回了今天這個近乎完美的球體。飛濺出去的少量碎屑則形成了健神星族。若此說成立,它可能是太陽系中最年輕的巨型撞擊事件產物之一。

內部結構:碎塊重新堆出來的球

這段"先碎後聚"的歷史決定了健神星的內部。它的平均密度約每立方釐米 2 克,低於普通岩石,說明內部孔隙不少。科學家判斷,健神星大機率不是一整塊緻密巨石,而是碎塊重新堆積的"碎石堆":表層覆蓋撞擊角礫,內部是鬆散碎塊與縫隙交織。後來較小的撞擊又在表面留下了直徑約 100 和 180 公里的隕石坑。

數值模擬再現健神星的形成:遭大天體撞擊後先碎成漫天碎屑,再在引力下重新聚合成球體
數值模擬再現健神星的形成:遭大天體撞擊後先碎成漫天碎屑,再在引力下重新聚合成球體

它夠格當矮行星嗎?

按國際天文學聯合會的定義,矮行星須繞太陽運行、質量大到足以呈現 流體靜力平衡 的近球形狀,且未清空軌道周圍、也不是衛星。健神星滿足大部分條件,爭議集中在形狀這一條:它的圓,究竟是像穀神星那樣靠自身重力維持的平衡,還是撞碎後碰巧滾圓的?國際天文學聯合會迄今尚未把它列入矮行星名冊——這場爭論本身,正是健神星最迷人的地方。

如果你站在它表面,腳下的重力可能只有地球的百分之一左右。輕輕一跳會升得很高,卻不等於一定能飛走;只有速度超過逃逸速度,才會真正離開。這裡沒有可呼吸的大氣,黑暗表面也不會像地球泥土那樣鬆軟安全。

參考資料