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露特西亞小行星可能一度擁有熔融核心

天文學家分析羅賽達號(Rosetta)太空船飛掠21號小行星司琴星(21 Lutetia,或音譯為「魯特西亞」)時的觀測資料,結果發現這顆小行星的表面一部份有36億歲這麼老,一部份卻只有5000~8000萬年而已,此外,它的核心很可能一度處在熔融狀態。

司琴星小行星是到目前為止,曾有太空船拜訪過的小行星中體積最大的;Lutetia是源自巴黎古地名的拉丁文。羅賽達號太空船以3170公里飛掠這顆直徑約130公里的小行星時,小行星距離地球約4億5000萬公里,羅賽達影像顯示司琴星小行星表面遍佈坑谷與裂縫,顯示這顆小行星過去曾經歷過無數戰役。

由法國、德國、荷蘭與美國天文學家組成的研究團隊,分析羅賽達號的司琴星小行星影像,發現在其寒冷而充滿裂隙的內部,極可能一度有個熾熱而熔融的金屬核心,意味司琴星小行星雖然曾經歷了數十億年的撞擊歷史,但卻仍保有它從太陽系非常早期形成之後的原始分層結構。而這項發現也意味著:主小行星帶中,各小行星必定還有更多尚未發現的差異性,可能有許多天體擁有核心或有趣的內部結構,只是被未融化的表面包覆住了,所以沒被科學家發現。小行星帶很可能比只從觀察小行星表面所得的還有趣多了。


年輕與年老並存的世界

這些天文學家從司琴星表面的隕坑數量來估算其相對年齡,隕坑數量愈多,相對年齡愈老,反之隕坑數量愈少愈年輕。結果發現有一部份表面的佈滿了密密麻麻的隕坑,年齡達36億年之多。而那些隕坑數量少、看起來比較年輕的地方,應該是鄰近地區曾遭到其他小行星撞擊所引發的地震導致山崩的結果。山崩滑落的碎岩,有些直徑達300-400公尺左右,相當於澳洲的艾爾斯岩那麼大。而崩落的碎屑厚度約達1公里左右。

估計某些次的撞擊可能非常猛烈,造成司琴星表面崩裂,且崩裂的裂隙還逐漸向內部延伸,最後形成了我們今日所見的面貌。


小行星不只是石頭堆

絕大部分的小行星位在火星和木星之間的主小行星帶(main asteroid belt)中,基本上由岩石和金屬所組成,過去數十億年來,不斷互相碰撞與冷卻,所以大都有著如馬鈴薯般的不規則外觀。與行星相較之下,這些由岩石堆積成的小行星都相當小而輕,內部有許多空洞和裂縫。一般認為絕大部分小行星應該沒有機會融化,然後形成一個高密度的金屬核心,所以都維持著剛形成時的岩石和塵埃聚集原始型式。

相對地,普朗克研究所Holger Sierks等人把根據羅賽達號拍到的小行星外型融入電腦模型,計算司琴星的體積、質量,然後計算密度,卻發現司琴星小行星密度比一般落在地球上的絕大多數隕石樣本的密度還高許多。

從密度資料看來,這顆小行星內部應該幾乎是實心的,沒有孔隙或裂縫。然而羅賽達號研究者測量司琴星小行星表面的隕坑,確定司琴星表面到處都有巨大的裂隙,顯示這顆小行星內部應該有許多孔隙,和密度測量結果不大相符。畢竟,如果小行星內的孔隙愈多,小行星的密度應該會愈低,就像海綿或菜瓜布一樣。

對此互相矛盾的結果,Sierks等人提出一個可能的解釋:或許在它充滿裂隙的表面之下,這顆小行星的確含有一個過去曾融化、如今已固結的高密度金屬核心。

這項直接測量結果,或許可作為美國麻省理工學院(MIT)Benjamin Weiss等人去年發展出的一套理論的證據。Weiss等人研究掉落在地球上的球粒隕石,據信球粒隕石的成分從太陽系早期形成後至今都不曾改變,等於是太陽系早期遺留至今的化石;Weiss等人從Allende隕石樣本發現一些具強磁性的樣本,認為這些樣本應該是在具有熔融金屬核心的小行星中受到磁化作用的。這個觀點顯然與主流認為的:絕大部分小行星應是原始、未融化的天體的概念有很大的差異。


發展中斷的天體

如果真的存有金屬核心,司琴星應該是第一顆已知有部分分異作用(partially differentiation)的小行星,內部有一部份曾在冷卻過程中,經過分異作用而成為成層結構;另一部份則因溫度過低而保持原狀。這或許就是太陽系早期的行星發展的其中一幕。

約在45億年前太陽系開始發展時,從最初的塵埃碰撞合併,結合成愈來愈大的岩石團塊,一部份岩石團塊愈長愈大,最後變形成了行星;不過還是有很大一部份岩石團塊沒有成為行星的一部份,快速冷卻後便成為小行星。較大的天體從外部開始冷卻,在熔融的核心周圍形成地殼。根據Weiss等人的理論,司琴星就是其中一個成長中斷的小行星,沒機會長大成一顆行星,但保留了發展到一半的特徵,維持熔融初期的天體狀態。但這樣的天體還是得夠大,不然無法維持熔融核心一段時間,也就不會出現司琴星這樣的特徵。

不過,對此理論是否絕對正確,這些科學家們還無十足把握,他們計畫分析更多的類似天體,並期望在2016年的小行星樣本返回太空計畫中,取得關鍵性的證據。

資料來源:

  1. Asteroid Lutetia: postcard from the past
  2. Battered asteroid may have warm core

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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