研究小行星带的论文

在红色的火星和巨大的木星轨道之间，有一个由几十万颗小行星组成的小行星带。这些小行星，其实就是一群大小不等的碎石块，最大的直径可达上千千米，小的只有几米、几十米。同八大行星一样，这些小行星也在日夜不停地围绕太阳公转。这些神秘的小行星究竟是怎样形成的?它们到底蕴含着哪些宇宙信息?这些问题一直备受科学家的关注。而造访小行星，也成为科学家们太空探测的重要目的之一。 2001年2月12日，美国“近地小行星约会”无人探测器在围绕小行星家族中的“爱神”小行星探测了一年之后，成功降落在这颗星上，实现了人类历史上的首次探测器与小行星相会。 以古希腊爱神命名的“爱神”小行星，是小行星大家族中极为普通的一颗。它实际上是一块大石头，状如土豆，长34千米，宽13千米，厚14千米，距离地球约3．16亿千米。“爱神”小行星也绕太阳运转，但它的引力只有地球引力的千分之一。在这么一颗体积小、引力极小的星体上实现着陆，其精确度要求之高是可想而知的，以至于负责这次探测的专家们并未制定过在小行星上降落的计划。 “近地小行星约会”无人探测器是美国于1996年2月发射的，经过4年的太空飞行后，于2000年2月14日成功地进入“爱神”小行星的轨道，并开始对它进行探测。在不到一年的时间里，探测器已经发回约16万张小行星多岩石表面的照片。 在距离“爱神”星24千米的轨道上运行、探测了近一年的探测器，逐渐耗尽了它自身的燃料。这时它终于作出惊人之举：向它“关注”了一年之久的“爱神”星发起最后冲刺。经过两次火箭点火之后，探测器离开“爱神”星的轨道，向它的表面缓缓坠去，最终降落在“爱神”荒芜而崎岖不平的星面上，整个过程持续了四个半小时。科学家更为欣喜的是，这是一次“科学的额外收获”；此外，着陆的地点也是科学家最感兴趣的一片区域：缺少环形山，但有大量的岩石和沟痕。 “近地小行星约会”是美国宇航局研制的首批具有机器人功能的探测器之一，科学家对它发回的“爱神”星照片的分析后指出，“爱神”星上含有太阳系里最原始的物质，并测量了小行星的密度、化学成分和磁场。这次成功着陆没有使探测器上的装置受损，因而使得探测器能继续在三个月内向地球发回信号，以进一步了解小行星的奥秘。随着对小行星奥秘的揭示，人类对太阳系的起源和演化，乃至对宇宙的演化进程，都将有更加清晰的认识。

据外媒报道， 对美国宇航局（NASA）打算在2026年访问的小行星灵神星(Psyche)的毫米波长发射的仔细检查，产生了该天体表面温度的最高分辨率测量值，为其表面特性提供了新的见解。 2021年8月5日发表在《行星科学杂志》（PSJ）上的一篇论文描述了这一发现，是朝着解决这一不寻常天体的起源之谜迈出的一步，一些人认为它是一颗命运多舛的原行星的核心部分。

Psyche在小行星带中围绕太阳运行，这是地球和木星之间的一个甜甜圈状的空间区域，包含100多万个岩石星体，直径从10米到946公里不等。

Psyche的直径超过200公里，是最大的M型小行星，这是一类神秘的小行星，被认为富含金属，因此有可能是太阳系形成时解体的原行星的核心碎片。

加州理工学院行星科学和天文学助理教授、PSJ文章的主要作者Katherine de Kleer表示：“早期太阳系是一个充满‘暴力’的地方，因为行星体凝聚在一起，然后在围绕太阳的轨道上相互碰撞。我们认为这些天体的核心、地幔和地壳的碎片以小行星的形式保留至今。如果这是真的，它给了我们唯一真正的机会来直接研究类似行星的天体的核心。”

研究这种离地球如此之远的相对微小的天体（Psyche“漂移”的距离在离地球亿到亿公里之间）对行星科学家来说是一个巨大的挑战，这就是美国宇航局（NASA）计划向Psyche发送一个探测器以近距离检查它的原因。通常情况下，从地球上进行的热观测--测量一个天体本身发出的光，而不是从该天体上反射的太阳光--都是红外波长的，只能产生小行星的一像素图像。然而，这一像素确实揭示了很多信息；例如，它可以被用来研究小行星的热惯性，或者它在阳光下升温和在黑暗中降温的速度。

“低热惯性通常与尘埃层有关，而高热惯性可能表明表面有岩石，”加州理工学院的Saverio Cambioni说，他是行星科学的博士后学者和PSJ文章的共同作者。“然而，辨别一种景观和另一种景观是很困难的。”在一天中的许多时间观察每个地表位置的数据提供了更多的细节，导致了受制于较少的模糊性的解释，并在航天器到达之前对景观类型提供了更可靠的预测。

De Kleer和Cambioni与共同作者宾州布鲁姆斯堡大学的Michael Shepard一起，利用2013年全面投入使用的智利阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ ALMA）来获得这些数据。这个由66个射电望远镜组成的阵列使研究小组能够以30公里的分辨率绘制Psyche整个表面的热辐射图（每个像素覆盖到的范围大约是30公里 30公里），并生成一个由大约50个像素组成的小行星图像。

这是可能的，因为ALMA以毫米级的波长观测Psyche，这比红外波长（通常在5到30微米之间）更长（从1到10毫米不等）。使用更长的波长使研究人员能够将从66个望远镜收集到的数据结合起来，形成一个更大的有效望远镜；望远镜越大，它产生的图像的分辨率就越高。

该研究证实，与典型的小行星相比，Psyche的热惯性很高，表明Psyche有一个异常密集或导电的表面。当de Kleer、Cambioni和Shepard分析这些数据时，他们还发现Psyche的热辐射仅仅是具有这种热惯性的典型表面的预期的60%。因为表面辐射受到表面上是否存在金属的影响，他们的发现表明Psyche的表面不低于30%的金属。对发射的偏振分析帮助研究人员大致确定了该金属的形式。一个光滑的固体表面会发出组织良好的偏振光；然而，Psyche发出的光是散射的，这表明表面的岩石中掺有金属颗粒。

de Kleer说：“多年来我们已经知道这类天体事实上不是固体金属组成，但是它们是什么以及它们如何形成的仍然是一个谜。这些发现加强了对Psyche表面组成的其他建议，包括Psyche可能是一个原始的小行星，它的形成比现在更接近太阳，而不是一个破碎的原行星的核心。”

这项研究中描述的技术为小行星的表面组成提供了一个新的视角。该小组现在正在扩大其范围，将这些技术应用于小行星带的其他大型天体。

这项研究是由宾州布鲁姆斯堡大学的 Michael Shepard领导的团队的一个相关项目促成的，该项目利用de Kleer的数据与其他望远镜的数据相结合，包括波多黎各的阿雷西博天文台，以确定Psyche的大小、形状和方向。这反过来又使研究人员能够确定哪些被捕获的像素实际上代表了小行星的表面。 Shepard领导的团队原计划在2020年底再次观测Psyche，但由于电缆故障造成的损坏，望远镜在观测之前就关闭了。