太空探索

灶神星:地球上的陨石,可能来自它

灶神星是主带质量第二大的小行星,平均直径约525千米。它形成于太阳系初期并完成了行星式分异,拥有铁核、地幔和地壳;南极的雷亚希尔维亚巨坑险些将它撞碎,抛出的碎片化作HED陨石坠落地球。2011年黎明号成为首艘环绕它的探测器。

灶神星:地球上的陨石,可能来自它

如果把行星的成长过程按下暂停键,灶神星(4 Vesta)就像停在“行星胚胎”阶段的样本。它平均直径约525千米,是主小行星带中质量第二大的天体;内部却像大行星一样分出了地壳、地幔和铁核。

幸存的原行星

在太阳系形成之初,火星与木星之间曾孕育出许多直径数百千米的“原行星”,它们中的绝大多数后来被撞碎、聚合,或被木星引力甩出,只有灶神星、谷神星等少数幸存者保留至今。灶神星以约2.36天文单位的平均距离绕太阳运行,公转一周约3.63年,自转一周只需约5.3小时。它一颗就占了主带约9%的质量,反照率高达0.43,冲日时亮到可以用肉眼看见,是唯一能肉眼可见的小行星。因为形成极早、又几乎未经改造,科学家称它为“最小的行星胚胎”——一块研究行星起源的活化石。

内部结构:像行星一样分层

灶神星形成后的几百万年内,放射性同位素铝-26衰变释放的热量使它整体熔融,形成“岩浆海”:较重的铁镍下沉,较轻的硅酸盐上浮,完成了行星式的分异。黎明号的引力测量证实,灶神星中心有一个直径约220千米的铁镍核心,外面是富含橄榄石的地幔,最外层是玄武岩质的地壳——结构与地球等岩质行星如出一辙,只是尺寸小得多。这正是它与绝大多数“碎石堆”式小行星的根本区别。

灶神星内部结构剖面示意图:中心是铁镍核心,向外依次是地幔和地壳
灶神星内部结构剖面示意图:中心是铁镍核心,向外依次是地幔和地壳

雷亚希尔维亚:差点被撞碎

灶神星的南半球被一个名为雷亚希尔维亚的巨型撞击盆地占据:直径约500千米,几乎赶上灶神星本身的直径,深约19千米。盆地中央耸立着一座宽约200千米的中央峰,从坑底算起高出20千米以上,是太阳系最高的山峰之一。更惊人的是,它下面还叠着一个更古老、直径约400千米的维纳尼亚盆地——灶神星的南极至少挨过两次几乎致命的撞击。最近那次发生于约10亿年前,抛出的物质约占灶神星质量的1%,造就了今天主带里的“灶神星族”小行星群,但灶神星硬是挺了过来,没有粉身碎骨。

从盆地边缘俯瞰雷亚希尔维亚:上为真实影像,下为彩色高程地形图,蓝色低、红色高
从盆地边缘俯瞰雷亚希尔维亚:上为真实影像,下为彩色高程地形图,蓝色低、红色高

我们真的摸过灶神星吗?

撞击抛出的碎块中,一部分掉入与木星共振的轨道缝隙,陆续坠向地球。今天陨石学家手中的HED陨石——古铜钙长无球粒陨石(H)、钙长辉长无球粒陨石(E)和奥长古铜无球粒陨石(D)——绝大多数被确认来自灶神星,已命名的样本超过1000颗。这三类岩石恰好对应灶神星表层的撞击混合物、地壳的玄武岩和深部的地幔。早在望远镜时代,光谱比对就暗示了这段渊源;黎明号就位测量后,这段“血缘关系”被彻底坐实:在实验室里,人类早已摸过灶神星的岩石。

来自灶神星的钙长辉长无球粒陨石 NWA 8563 主体样本
来自灶神星的钙长辉长无球粒陨石 NWA 8563 主体样本

黎明号造访

2007年9月发射的NASA黎明号探测器,依靠高效的离子推进器,于2011年7月16日进入环绕灶神星的轨道,成为第一艘环绕主带天体运行的探测器。在随后约14个月里,它从数百千米一路降到仅210千米的高度,逐级测绘全球,拍下数万张照片,证实了铁核的存在,也确认了HED陨石的故乡。2012年9月5日,黎明号告别灶神星飞向谷神星,把这颗“幸存的原行星”的完整故事留在了人类的探测档案里。

艺术想象图:展开太阳能板的黎明号探测器正在环绕灶神星飞行
艺术想象图:展开太阳能板的黎明号探测器正在环绕灶神星飞行

参考资料