太空探索

健神星:一场碰撞,把它变圆了?

主小行星带第四大天体、最大的碳质小行星。2019 年甚大望远镜发现它近乎球形,可能源于约 20 亿年前一场巨型撞击后的重新聚合,并因此成为最小矮行星的热门候选。

健神星:一场碰撞,把它变圆了?

把一堆深色碎石撞散后,它们还能重新滚成一个近乎圆球吗?健神星(10 Hygiea)可能就经历过这样的故事。它直径约 434 千米,是主小行星带第四大的天体,也是最大的碳质小行星;2019 年的清晰影像还引出一个有趣问题:它够不够格成为太阳系最小的矮行星?

碳质小行星中的"大块头"

主小行星带中约四分之三的小行星属于 C 型,即碳质小行星,健神星正是其中最大的一颗。它表面富含碳质物质与含水矿物,反照率仅约 0.07,比煤炭亮不了多少,块头虽大,在望远镜里却只是个暗弱的光点。韦布望远镜的近红外光谱还揭示其表面有含水层状硅酸盐,是研究太阳系早期水与有机物分布的重要样本。

韦布望远镜 NIRSpec 测得的健神星与谷神星近红外光谱对比,2.72 微米处的吸收谷来自含水矿物;本地化配图
韦布望远镜 NIRSpec 测得的健神星与谷神星近红外光谱对比,2.72 微米处的吸收谷来自含水矿物;本地化配图

发现与轨道

1849 年 4 月 12 日,意大利天文学家德·加斯帕里斯在那不勒斯发现了这颗第 10 号小行星,它以希腊神话中的健康女神许癸厄亚命名。

它轨道倾角约 3.8 度、偏心率约 0.12,相当"规矩"。自转周期曾长期被认为是 27.6 小时,2020 年才被修正为 13.8 小时——原来过去的测量把半周期当成了整周期。

健神星(白色轨道)位于火星与木星轨道之间的外主带,公转周期约 5.56 年;本地化配图
健神星(白色轨道)位于火星与木星轨道之间的外主带,公转周期约 5.56 年;本地化配图

近乎球形:一场远古巨撞的遗物

2019 年发表在《自然·天文学》的研究让健神星一举成名:直接成像显示它非常接近球体,表面却找不到与健神星族形成相匹配的巨型撞击盆地——如此大规模的碎裂理应留下伤疤。

计算机模拟给出了解释:约 20 亿年前,一颗直径约 100 千米的天体把健神星彻底击碎,但绝大多数碎片并未逃逸,而是在引力下重新聚合,滚雪球般堆回了今天这个近乎完美的球体。飞溅出去的少量碎屑则形成了健神星族。若此说成立,它可能是太阳系中最年轻的巨型撞击事件产物之一。

内部结构:碎块重新堆出来的球

这段"先碎后聚"的历史决定了健神星的内部。它的平均密度约每立方厘米 2 克,低于普通岩石,说明内部孔隙不少。科学家判断,健神星大概率不是一整块致密巨石,而是碎块重新堆积的"碎石堆":表层覆盖撞击角砾,内部是松散碎块与缝隙交织。后来较小的撞击又在表面留下了直径约 100 和 180 千米的陨石坑。

数值模拟再现健神星的形成:遭大天体撞击后先碎成漫天碎屑,再在引力下重新聚合成球体
数值模拟再现健神星的形成:遭大天体撞击后先碎成漫天碎屑,再在引力下重新聚合成球体

它够格当矮行星吗?

按国际天文学联合会的定义,矮行星须绕太阳运行、质量大到足以呈现 流体静力平衡 的近球形状,且未清空轨道周围、也不是卫星。健神星满足大部分条件,争议集中在形状这一条:它的圆,究竟是像谷神星那样靠自身重力维持的平衡,还是撞碎后碰巧滚圆的?国际天文学联合会迄今尚未把它列入矮行星名册——这场争论本身,正是健神星最迷人的地方。

如果你站在它表面,脚下的重力可能只有地球的百分之一左右。轻轻一跳会升得很高,却不等于一定能飞走;只有速度超过逃逸速度,才会真正离开。这里没有可呼吸的大气,黑暗表面也不会像地球泥土那样松软安全。

参考资料