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小行星Scheila奇怪的3條塵埃尾現象有解

由韓國首爾大學(Seoul National University)、日本國立天文台(National Astronomical Observatory of Japan,NOAJ)、日本太空航空科學研究所(Institute of Space and Astronautical Science,ISAS)和日本神戶大學(Kobe University)等機構的行星科學家和天文學家,找出可以解釋第596號小行星Scheila擁有3條塵埃尾(dust tails)如此特殊現象的原因。他們認為在2010年12月3日時,應有另一顆直徑約20-50公尺的小行星,從背對地球的Scheila後方撞擊,才會讓當時的Scheila突然異常增亮,並形成3條奇怪的塵埃尾;而此現象也讓Scheila成為數量極少的主帶彗星之一。(此新聞所用時間日期均為國際標準時,UT)

在2010年12月11.4日,卡塔利納巡天計畫(Catalina Sky Surve)的Steve Larson注意到Scheila亮度異常增加;由於Scheila位在火星與木星之間的主小行星帶中,按理來說,這樣的小行星應該不會有這樣短時間內亮度異常增亮的現象。經由哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)和史威福觀測衛星(Swift Satellite)的觀察,天文學家發現Scheila應該是受到另一顆更小的小行星撞擊,才造成Scheila出現類似彗星的彗尾特徵。然而,Scheila從小行星突然變成彗星的問題雖解決了,但另一疑問再起:這些塵埃尾是在何時發生的?為何一口氣會形成3條彗尾般的塵埃尾特徵?

在Scheila異常增亮後不久,這些天文學家馬上利用8.2米昴望遠鏡主焦點相機、石垣天文台(Ishigakijima Astronomical Observatory)1.05米Murikabushi望遠鏡、夏威夷大學2.2米望遠鏡進行觀測,觀測時間長達3個月以上。圖一上方是Murikabushi望遠鏡在20101年12月12日與19日拍攝的結果,可見塵埃尾的發展。雖然小行星大體上看起來像一個星點,但Scheila看起來卻像彗星。3條塵埃尾的亮度隨時間逐漸降低,最後偵測不到塵埃雲團時,整幅景象變成出現一個昏暗的線性結構。圖一下方是昴望遠鏡於2011年3月2日拍攝的結果。從這些線性結構的影像,這些天文學家估計彗尾輻射出現於2010年12月3.5日,誤差為±1日。Steve Larson注意到Scheila開始亮度異常增加的影像攝於2010年12月3.4日,因此,小行星撞擊Scheila的時間點應該就在12月2日12時~12月3日10時之間。

Figure 1: Top: Optical images of Scheila at three different epochs with different telescopes. Images of the triple dust tails were taken on the 12th and 19th of December 2010 using the Murikabushi Telescope. Bottom: Suprime-Cam on the Subaru Telescope captured this image of the linear structure on the 2nd of March 2011. 圖一

另外,為了解釋Scheila的3條塵埃尾的成因,這些研究人員利用電腦模擬Scheila在12月3日的塵埃尾出現的狀況,並與在ISAS實驗室的撞擊實驗資料進行比對。圖二是傾斜撞擊所造成的噴濺物(ejecta)型態,其中有2項最明顯的特徵。第一個特徵就是沿撞擊方向所產生的羽狀散佈(downrange plume),應是撞擊碎片或是撞人的小行星蒸發的結果;另一特徵就是撞擊當時,從撞擊點向外擴散的震波會將小行星表面物質挖出向外噴濺,且噴濺物被這些震波推成圓錐狀(conical impact ejecta),圓錐軸心幾乎與撞擊點的表面垂直,最後在撞擊點留下一個隕坑。

Figure 2: Sequence of events after an oblique impact: (a) Object impacts another and generates a shock wave; (b) and (c) increased development of two prominent features, i.e., a downrange plume and conical impact ejecta. 圖二

這些研究人員認為:應該就是這兩個過程造成了Scheila的3條塵埃尾,之後太陽光又將這些塵粒逐漸推離Scheila。經過大量模擬和實驗之後,他們只找到一個幾乎與觀測影像相符的狀況,那就是當小行星從Scheila的後方斜斜撞擊Scheila的結果。(圖三和圖四)

Figure 3: Image showing the result of a vast number of computer simulations to reproduce the shape of Scheila triple dust tails observed on December 12, 2010. 圖三

Figure 4: Orbits of the impacting asteroid and Scheila on December 3, 2010, assuming an impact angle of 45 deg relative to the surface normal vector. Top: Face-on view, projected on the ecliptic plane. Bottom: Edge-on view, projected on the X-Z plane. 圖四

Scheila發現於1906年,發現者德國天文學家August Kopff以他認識的一位英國女學生的名字來為這顆小行星命名。

資料來源:Researchers Explain the Formation of Scheila’s Unusual Triple Dust Tails[2011.10.19]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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