Phaethon,太阳系的钠气小行星

by 海根·沃伦

彗星以其由气体、冰、岩石和其他各种物质组成的广阔、多彩和令人惊叹的尾巴而闻名。当彗星靠近太阳时,它的冰核被加热,在称为“除气”的过程中释放出冰气,就会出现这些尾巴。

不过,除气不仅限于彗星。一些卫星,例如木星的木卫三,以及我们太阳系中的其他冰天体,可以加热到足以释放气体。

因此,当科学家发现一颗主要由释放气体的岩石组成的小行星时,他们感到非常困惑。

认识 Phaethon,这是一颗最近被发现表现出类似彗星活动的近地小行星。

法厄同的表面没有大量的冰;那么为什么它会从其表面释放气体并像彗星一样变亮呢?

Phaethon 是一颗 5.8 公里宽的阿波罗小行星,它比任何其他目前命名的小行星更靠近太阳,尽管一些较小的未命名小行星确实有更近的近日点。 

(标题: 阿雷西博天文台于 2017 年 12 月拍摄的法厄同雷达图像。图片来源:阿雷西博天文台/美国宇航局/国家科学基金会)

虽然它的名字 Phaethon 可能听起来并不熟悉,但它是每年 12 月中旬发生的著名双子座流星雨的母体。 

Phaethon 距离太阳最近的一次是每 524 天,将小行星表面加热到大约 750°C——足以在小行星表面释放任何水、二氧化碳或一氧化碳冰。 

然而,在如此短的轨道周期内,这些元素早就被烤熟了。然而,这颗小行星今天仍在释放气体。

在加州理工学院 IPAC(红外处理与分析中心)研究组织的约瑟夫·马西罗 (Joseph Masiero) 领导的一项新研究中,一组研究人员研究了法厄同 (Phaethon) 接近太阳时的类似彗星的行为,寻找小行星可能释放的气体。

他们认为他们有他们的答案。

钠。

一颗流星划过欧洲南方天文台的阿塔卡马大型毫米波阵列进入大气层。流星轨迹中的不同颜色表示流星中的不同元素。 (来源:ESO/C. Malin)

在 750°C 时,钠可以从小行星表面“嘶嘶作响”进入太空。此外,小行星上的钠含量丰富,可以解释法厄同在每 524 天的近日点通过期间所看到的持续释气。

也就是说……如果 Phaethon 有足够的钠作为其成分的一部分。

为了找到复杂的答案,我们回到法厄同创造的双子座流星雨。

当从母体表面喷出的小块岩石物质进入地球大气层并燃烧时,就会发生流星雨,根据它们的成分产生不同颜色的光和亮度。

如果流星含有钠,它在进入大气层时会燃烧橙色。

这就是一个问题。双子座的钠含量很低。那么钠如何解释法厄同彗星般的活动呢?

在 Masiero 等人的研究之前,人们认为从 Phaethon 喷出的岩石物质在离开小行星后不久就失去了钠,这可以解释双子座流星雨期间没有橙色流星的原因。

然而,Masiero 等人的研究表明,钠可能是首先从法厄同表面喷射岩石物质的主要力量。 

该团队提出,由于法厄同在靠近太阳时被加热,小行星上的钠被加热并蒸发到太空中。 

但就像冰挥发物一样,如果钠存在于 Phaethon 的外部,它早就被加热和蒸发了。因此,钠必须来自小行星的内部,通过微小的裂缝运输到其表面以释放气体。

当现在蒸发的钠通过小行星表面的小裂缝和裂缝“嘶嘶作响”进入太空时,它会产生射流,其力量刚好足以将岩石物质从表面喷射出来——从而产生双子座流星雨和类似彗星的持续行为今天看到了。

“像 Phaethon 这样的小行星引力非常弱,所以不需要很大的力就可以从表面踢出碎片或从裂缝中取出岩石,”该研究的合著者、美国宇航局喷气推进实验室的科学家 Björn Davidsson 说。 (喷气推进实验室)。

1969 年 2 月 8 日在墨西哥北部坠落地球的阿连德陨石碎片。(图片来源:Chip Clark,史密森学会)

这种物质的喷射可以解释法厄同彗星般的亮度,而法厄同外部缺乏钠可以解释为什么双子座流星雨缺少钠。

“我们的模型表明,做到这一点只需要非常少量的钠——没有爆炸性,就像从冰冷的彗星表面喷出的蒸汽一样;它更像是一种稳定的嘶嘶声。”

那么该团队是如何测试他们的假设的呢?

马西罗等人。在喷气推进实验室的实验室中测试了阿连德陨石的样本——该陨石于 1969 年落在墨西哥上空,与 Phaethon 属于同一类小行星碳质球粒陨石。

该团队将陨石碎片加热到法厄同在接近太阳期间经历的最高温度。此外,该团队在 Phaethon 上模拟了一天,持续 3 小时。 

“在我们实验室测试前后比较样品的矿物质时,钠丢失了,而其他元素被留下了。这表明 Phaethon 可能也会发生同样的情况,并且似乎与我们模型的结果一致,”喷气推进实验室科学家、该研究的合著者 Yang Liu 说。

已知的近地小行星。 (来源:喷气推进实验室/加州理工学院)

这些发现可能解释了其他小行星如何继续活跃,因为它们可以经历与 Phaethon 相同的过程。 

Masiero 等人的研究结果也支持将太阳系中的小天体归类为彗星或小行星过于简单化的假设。

一些研究人员认为,在对小物体进行分类时,冰量和在特定温度下蒸发的元素等因素应该发挥作用。

Masiero 等人的研究,题为 在与低近日点小行星一致的温度下碳质球粒陨石中钠的挥发性 可在《行星科学杂志》2021 年 8 月版中找到.

(主图:小行星法厄同被太阳加热。图片来源:NASA/JPL-Caltech/IPAC)

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