太空探索

智神星:不按尋常角度繞太陽

人類發現的第二顆小行星(1802年),主帶第三大體。軌道傾角約35°,表面如高爾夫球般佈滿撞擊坑,至今無探測器造訪。

智神星:不按尋常角度繞太陽

如果把大多數小行星的軌道想成同一張唱片,智神星(2 Pallas)就像沿著一條翹起約 35° 的斜軌道穿過去。它是人類發現的第二顆小行星,也是主小行星帶中體積第三大的天體,表面坑窪得像一顆高爾夫球,至今沒有探測器近距離造訪。

人類發現的第二顆小行星

1801 年元旦,義大利天文學家皮亞齊發現了穀神星,但很快就丟失了它的行蹤。年輕的數學家高斯用全新的方法算出它的軌道,德國天文學家兼醫生奧伯斯據此搜尋,結果在 1802年3月28日 於不來梅的夜空中意外捕捉到另一個正在移動的光點——這就是智神星。它以希臘神話中的智慧女神帕拉斯·雅典娜命名。起初它和穀神星一樣被當作行星,直到類似天體越發現越多,人們才意識到火星與木星之間存在一整個"小行星帶"。

智神星發現者威廉·奧伯斯(Wilhelm Olbers)的石版畫肖像,他還於 1807 年發現了灶神星
智神星發現者威廉·奧伯斯(Wilhelm Olbers)的石版畫肖像,他還於 1807 年發現了灶神星

一條翹得離譜的軌道

智神星到太陽的平均距離約為 2.77 天文單位(約 4.14 億公里),繞太陽一圈需要 4.62 年。這些都很正常,反常的是它的軌道面相對地球軌道面(黃道面)翹起了約 35°,而大多數主帶小行星的傾角不到 20°。再加上 0.23 的較大偏心率,它就像一名不走尋常路的司機,斜穿小行星帶的"車流"。高傾角帶來的更高相對撞擊速度,被認為是它表面傷痕累累的重要原因,也讓探測器難以抵達——這是它至今未被造訪的原因之一。

側視示意圖:智神星軌道相對黃道面翹起約 35°,而地球、火星、木星的軌道幾乎貼在黃道面上
側視示意圖:智神星軌道相對黃道面翹起約 35°,而地球、火星、木星的軌道幾乎貼在黃道面上

內部與物理結構:一塊原始的"大石頭"

智神星是 B 型小行星的代表,光譜顯示其表面以含水矽酸鹽為主,反照率約為 0.14,略顯偏藍。它的平均直徑約 513 公里,平均密度約 2.9 克/立方釐米,接近碳質球粒隕石,低於緻密的岩石天體。這暗示它的內部可能保留了較多孔隙,沒有經歷過徹底的熔融分異,是一顆倖存下來的原始"原行星"。科學家推測它擁有巖質核心、含水物質的幔層和古老的風化外殼,但由於沒有探測器實測,這一切仍是推斷。

智神星內部結構示意圖:巖質核心、含水矽酸鹽幔層與佈滿撞擊坑的風化外殼
智神星內部結構示意圖:巖質核心、含水矽酸鹽幔層與佈滿撞擊坑的風化外殼

高爾夫球表面與暴力撞擊史

智神星每 7.8 小時 自轉一週,自轉軸傾角約 84°,幾乎是"躺著"自轉,季節變化極端。2020 年,天文學家用甚大望遠鏡的 SPHERE 裝置首次拍清它的表面:大大小小的撞擊坑密密麻麻,直徑 30 公里以上的撞擊坑就覆蓋了至少 10% 的表面,活像一顆高爾夫球。南半球還有一處神秘亮斑,可能是鹽類沉積,暗示它內部曾有過與水有關的活動。這一切拼湊出一部暴力的撞擊史,也解釋了它為何不夠圓——不斷被撞擊削鑿的它,可能是太陽系中最大的不規則天體之一。

為什麼還沒有探測器去看它?

難點不是距離本身,而是軌道“翹得太高”。飛船若從接近地球公轉面的方向出發,需要消耗大量速度去改變軌道傾角,燃料代價往往比前往穀神星或灶神星更高。

未來任務可以利用引力助推或高效電推進降低難度。只要能近距離測量重力、成分和形狀,科學家就能判斷它究竟是一顆完整分層的原行星,還是內部仍佈滿孔隙的古老天體。

為什麼它是“主帶三巨頭”?

穀神星、灶神星、智神星並稱"主帶三巨頭",三者質量合計超過主帶總質量的一半,其中智神星約佔 7%。論體積它排第三,論質量也在前三之列。穀神星和灶神星都已被黎明號探測器詳細考察過,唯獨智神星仍是處女地。這顆 45 億年前行星形成時代的"活化石",正等待人類去揭開它傾斜而滄桑的身世。

主帶四大小行星對比:穀神星(939 公里)、灶神星(525 公里)、智神星(512 公里)與健神星(434 公里);本機化配圖
主帶四大小行星對比:穀神星(939 公里)、灶神星(525 公里)、智神星(512 公里)與健神星(434 公里);本機化配圖

參考資料