猴塞雷

科学观察员
科学赐予人类相信真理的力量

Arrokoth的起源-一个“雪人”在太阳系边缘的诞生

Arrokoth的起源-一个“雪人”在太阳系边缘的诞生

理工学院物理系与德国宾根大学的科学家合作开发的一个模型解释了Arrokoth的独特性质。太阳系中最遥远的天体。研究小组的结果为了解太阳系边缘柯伊伯带天体、类小行星天体的形成提供了新的线索,并有助于理解太阳系形成的早期阶段。

researchers’研究结果发表在《自然》杂志上,解释了雪人的独特特征。正式名称是Arrokoth。它是星系中成像最远的物体,去年新视野号太空任务首次拍摄了它的照片。

故事开始于2006年,新视野号机器人宇宙飞船首次被派去近距离观察太阳系最后一颗行星冥王星,并研究它的特征和地形。发射后,“新视野号”确定了其飞往冥王星的轨道,开始了一段大约9年的漫长旅程。为了不浪费燃料和资源,它的大部分系统都处于休眠状态。直到它接近目标冥王星。

与此同时,在地球上,国际天文学联合会决定将冥王星从行星地位降级为矮行星。简而言之,新视野号无人宇宙飞船被派去调查一颗行星,睡着了,醒来后发现冥王星不再被认为是一颗行星。但是,这并没有削弱这项使命的重要性。新视野号提供了壮观的冥王星和它的卫星卡戎的图像,并提供了宝贵的科学信息,这些信息目前仍在研究中,可能要研究多年。这些研究将为了解太阳系的形成,特别是柯伊伯带的形成提供重要的资料。

Arrokoth的起源-一个“雪人”在太阳系边缘的诞生

但新视野号的冒险之旅还有更多的内容。虽然冥王星是太阳系远端最大的天体,但它并不是太阳系中唯一的天体。在海王星之外,在一个叫做柯伊伯带的区域,有许多类似小行星的物体,大小从几英尺到几千英里不等。这个地区的情况与它的姐妹地区不同(尤其是更冷)。太阳系内部的小行星带和柯伊伯带天体通常由更多的冰物质组成。甚至在到达冥王星之前,人们就计划新地平线号宇宙飞船仍然有足够的资源来密切观察另一个柯伊伯带的物体,如果这个物体能在离宇宙飞船原来轨道不远的地方被发现的话。

2014年6月26日,在对这些天体进行了广泛的调查后,哈勃太空望远镜发现了其中一个。在此之后,“新视野号”研究小组设计了这艘太空船的轨道,以便在完成绘制冥王星地图的任务后,它能经过新发现的天体旁边。五年后(2015年与冥王星相遇后的第四年),新视野号经过了冥王星。2019年1月1日,人类首次近距离拍摄到柯伊伯带小天体,这多亏了新视野号宇宙飞船在3500英里外经过。

在第一批图像发布后不久,这个柯伊伯带物体(到目前为止被称为2014 MU69)就被昵称为雪人。因为它独特的外观(见上图)。新视野号的研究人员最初称它为Ultima Thule(世界的边缘)。在拉丁语中),因为它位于太阳系边缘的偏远位置。但这件物品最终赢得了它的专业名称:486958 Arrokoth,意思是“天空”。或“;cloud”用(现已灭绝的)波瓦坦语(Powhatan native-American language)。

新视野号照片和收集信息科学界提供了丰富的关于雪人的信息:这是一个30公里密接双星,由两个不同大小的叶相互关联的细脖子上(见图),这似乎是两个较小的柯伊伯带的产品对象,形成Arrokoth相撞。

虽然人们提出了各种各样的模型来解释Arrokoth的形成和它特有的属性,但这些模型都遇到了很大的挑战,并不能很好地解释雪人的重要特征,特别是它自身旋转速度慢,倾角大。在《自然》杂志的一篇文章中,技术研究人员提出了新颖的分析计算和详细的模拟来解释arrokoths的形成和特征。

这项研究由博士生Evgeni Grishin、博士后Uri Malamud博士和他们的导师Hagai Perets教授领导,他们与位于宾根的德国研究小组合作。

柯伊伯带中两个随机物体之间简单的高速碰撞会使它们破碎,因为它们很可能主要是由软冰构成的。Grishin先生说。“;另一方面,如果两个身体环绕在圆形轨道(类似于月球绕地球),然后慢慢地in-spiraled彼此更温柔的方法,使接触,Arrokoth’旋转速度是非常高的,而测量速度实际上是在对这种预期很低。Arrokoth&rsquo ' s充分旋转,一天,rrokoth’需要15.92小时。此外,它的倾角(相对于它绕太阳公转的平面)非常大。98度即可;因此,它几乎是在相对于轨道的一侧,这是它自身的一个独特特征。

根据我们的模型,这两个天体互相围绕对方旋转,但由于它们一起围绕太阳旋转,它们基本上构成了一个三重系统。他继续说。这种三体系统的动力学是复杂的,众所周知是三体问题。引力三重系统的动力学是非常混乱的。在我们的研究中,我们发现系统并不是简单有序地运行,也不是完全混乱地运行。

它从一个宽的、相对圆形的轨道,经过缓慢的(长期的)演化,演变成一个高度偏心的椭圆轨道,比绕太阳公转的轨道周期要慢得多。冬季教授说。我们可以证明,这样的轨迹最终会导致碰撞,一方面是缓慢的,不会撞碎物体,但另一方面,会产生一个缓慢旋转的,高度倾斜的物体,这与Arrokoth的特性相一致。

我们详细的模拟实验证实了这一观点,并制作了与雪人外形、旋转和倾斜非常相似的模型。马拉默德博士总结道。

研究人员还研究了这些过程的健壮性和可能性,发现它们可能与多达20%的柯伊伯带宽双星非常普遍,并可能以类似的方式进化。

研究人员说,直到现在,还不可能解释Arrokoth的独特特征。这是一个反直觉的结果,但在这种配置中碰撞的可能性实际上增加了,因为初始的二进制更广泛地分离(但仍然是有界的),初始的倾斜角更接近90度。

我们的模型既解释了碰撞的高可能性,也解释了今天统一系统的独特数据,而且实际上预测了柯伊伯带中更多的物体。Grishin先生说。事实上,即使是冥王星和冥河的系统也可能是通过类似的过程形成的,而且它们在太阳系中双星和卫星系统的演化过程中似乎扮演着重要的角色。

参考文献:MU69-like Kuiper belt contact binaries&rdquo的宽二进起源(2014)Evgeni Grishin, Uri Malamud, Hagai B. Perets, Oliver Wandel和Christoph M. schauml;fer, 2020年4月22日,《自然》。

DOI: 10.1038 / s41586 - 020 - 2194 - z

猴塞雷 版权所有,未经允许不得转载:猴塞雷 » Arrokoth的起源-一个“雪人”在太阳系边缘的诞生
分享到: 更多 (0)

猜你也想读下面的文章: