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“隼鸟二号”在飞掠“龙宫”时 ， 释放了三辆巡视器 ， 获得了小行星“龙宫”的“素颜照” ， 照片中松散的碎石似乎是此次研究结果——“龙宫”几乎完全由多孔的松散物质组成的早期印证 。图片来源：JAXA.jp
本报采访人员 唐 婷
太阳系形成于大约45亿年前 。 无数“碎片”一样绕太阳系中心轨道运行的小行星 ， 是太阳系早期形成过程的见证者 。 它们中的大部分是碳含量丰富的C型小行星 。
在这几十亿年间 ， C型小行星几乎没什么变化 ， 如同“时间胶囊”一般将古老时期的物质保存了起来 。 日本“隼鸟二号”（Hayabusa2）探测器的目标“龙宫”（Ryugu）便是其中一颗 。
近日 ， “隼鸟二号”传回的红外图像数据已发表在《自然》杂志上 ， 显现出“龙宫”几乎完全由多孔的松散物质组成 。 科学家推测 ， 以“龙宫”为代表的C型小行星 ， 其脆弱的多孔结构可能类似于星子 ， 星子形成于原始的太阳星云 ， 并在无数次碰撞中累积形成行星 。
然而 ， 迄今为止 ， 我们并未完全了解太阳系早期的形成历史 ， 许多相关理论都是建立在模型数据基础之上 ， 还没有得到实际观测的证实 。 现在 ， 携带“龙宫”样本的“隼鸟二号”正在归来的途中 ， 科学家希望能通过这些样本找到这个答案 。
C型小行星见证太阳系“幼年”
C型小行星是一类含碳的小行星 ， 也是太阳系中最为丰富和原始的小行星类型 。 它们约占已知小行星总数的75% ， 在太阳系小行星主带里的占比更高 ， 并且深入主带外缘 。
“由于体积较小 ， 诞生以来的进化程度较低 ， C型小行星仍然保留着大多数原始小行星时期的物理条件 ， 诸如包络外壳、孔隙度和粒度分布等 。 因此 ， 它们的存在 ， 为理解太阳系的起源和演化提供了线索 。 ”中国科学院国家天文台研究员平劲松介绍道 。
晴朗的夜空里 ， 我们很难捕捉到C型小行星的身影 。 由于孔隙度高、反照率极低 ， 它们在夜空里比其他类型的小行星更暗 ， 需要使用小型光学天文望远镜才看得见 。 天文观测表明 ， 这类小行星的光谱中除了不含氢、氦和挥发物之外 ， 它们的化学组成和原始的太阳星云几乎一样 ， 也有水合矿物 。
整体上看 ， C型小行星的光谱与碳质球粒陨石非常相似 。 一般认为 ， 降落在地球表面上的碳质球粒陨石很可能来源于C型小行星 。 并由此推断 ， 碳质球粒陨石中也保存了形成太阳系的太阳星云的成分 。
“构成太阳系的气体和尘埃物质 ， 在之前可能参与过早期一代、二代恒星的诞生过程 。 ”平劲松指出 ， 数十年来科学家们在碳质球粒陨石中发现 ， 多种元素的特殊同位素组成有变化 。 这种组成变化无法用太阳系内部过程进行解释 。 对太阳系来说 ， 这种同位素组成的变化 ， 可能是太阳系形成时就固有的 。
一直以来 ， 科学家希望通过探测C型小行星 ， 来了解太阳系行星系统的诞生和早期行星演化的过程 。 在“隼鸟二号”探测“龙宫”之前 ， 美国国家航空航天局曾针对另一个编号为253马蒂尔德的C型小行星
进行了探测 ， 同样发现它的表面存在松散结构 ， 并解释其可能是流星撞击产生的松散物质 。
事实上 ， 关于太阳系行星诞生的过程 ， 有着各种假说 。 平劲松介绍 ， 其中一种广为认同的假说认为 ， 太阳系里诸多行星成形于“太阳星云” ， 太阳星云是太阳形成过程中剩下的气体和尘埃形成的圆盘状云 。
太阳星云中有着大量的硅酸盐尘埃和冰等细颗粒物质 。 通过吸积集聚 ， 这些颗粒形成一到十公里直径的块状物微小天体 。 然后它们互相碰撞 ， 形成更大尺寸、多孔松散的碎石堆 ， 直径约几公里到几十公里 ， 成为第一批太阳系的行星星子或者微行星 。 分页标题
这些星子们是经过多次聚合的星际颗粒松散结合而成的团块 ， 它们通过进一步相撞逐渐加大尺寸 。 在距太阳4个日地距离以内的内行星区域 ， 由于过于温暖以至于易挥发的如水和甲烷分子难以聚集 ， 那里形成的星子大部分由高熔点的物质形成 。 这些物质在宇宙中很稀少 ， 导致类地行星不会长得太大 。
研究认为 ， 行星形成时代结束后 ， 太阳系有50—100个行星胚胎 。 这些行星胚胎从形成开始经历了相当大的变化 。 它们之间的碰撞一直持续发生 。 没有星子之间的碰撞聚合 ， 就无法形成巨大的行星个体 。
“龙宫”藏着解题线索
“龙宫”是一个C型的近地小行星 ， 距离太阳最近和最远距离分别是日地平均距离的0.96倍和1.42倍 。 “隼鸟二号”通过近红外光谱观测确认 ， “龙宫”大部分光谱没有特征 ， 和CM类型的碳质球粒陨石十分接近 。
CM类型的碳质球粒陨石 ， 包含高百分比的水和有机化合物 。 挥发性、有机化合物和水的存在 ， 显示它们形成时没有经历过一定程度的加热 。 因此 ， 它的矿物成份大多数保持了原始的物理化学状态 ， 记录了早期太阳星云演化的特征 ， 以及他们母体星子的演化特征 。
去年4月 ， “隼鸟二号”向“龙宫”发射了一枚2公斤重的铜炮弹 ， 击中“龙宫”表层 ， 炸开了沙砾和岩石 ， 甚至移动了一块5米宽的巨石 ， 形成一个外缘直径大于10米、深2—3米的人工撞击坑 。
通过观察这个新陨石坑的形成 ， 研究人员发现 ， “龙宫”的表面并不是很坚固 ， 它更像是有许多空隙的沙砾堆积而成 ， 而不是整块坚固的岩石 。 这项针对“龙宫”的实验 ， 主要目的是在撞击后收集包含有小行星地表以下物质的原始样本 。
红外成像带来新发现
对“龙宫”的红外成像分析 ， 类似探矿的光谱分析 。 通过近红外分光光谱仪的观测 ， 可以获得小天体矿物、岩石表面的连续光谱 ， 进而了解其表面物质的颗粒大小、孔隙率、巨石丰度、粗糙度等情况 。
“隼鸟二号”搭载的热红外成像仪绕“龙宫”一圈拍摄了全球热成像图 。 对红外图像的分析显示 ， “龙宫”表面岩体和包围它的物质有相似的温度 ， 其热惯量较低 。 研究人员认为 ， 这种低热惯量表明“龙宫”表面岩体比典型的碳质球粒陨石更具多孔性 ， 预示其周围覆盖着直径超过10厘米的多孔沙砾物质 。 近距离红外探测也证实了这些多孔沙砾的存在 。
同时 ， 对“龙宫”的遥感热成像观测结果还显示了其可能的形成历史 ， 即它是由母天体的撞击碎片形成的碎石堆 ， 其微孔隙约为30%至50% ， 经历了低程度的固结 。 表面存在的一些致密巨砾可能起源于最内部的固结区域 ， 也可能是外生的 。
在平劲松看来 ， 以“龙宫”为代表的C型小行星 ， 其脆弱的多孔结构可能类似于原始星子 ， 内部的冰可能在演化过程中升华 ， 从而形成多孔且不牢固的结构 。 “龙宫”表面之所以是一种不均匀的沙壤层 ， 也很可能是因为在运行过程中遭遇了大量的撞击 ， 导致冰被冲击融化 ， 从而丧失了水分 。
按计划 ， “隼鸟二号”将于2020年底飞经地球 ， 将其采集到的岩石样本投送到澳大利亚南部的伍默拉沙漠 。 对于它即将带回来的这份珍贵礼物 ， 科学家充满期待 。
（责任编辑： HN666）

来源：(科技日报)

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标题：龙宫“龙宫”的“骨质疏松”或是太阳系早期行星的“典型症状”