如何構建一個柯伊伯帶天體：阿羅科斯天體的雙瓣分别形成，再緩緩的聚在一起

内容簡介：2019年1月1日，新視野号探測器飛越柯伊伯帶天體——“天涯海角”。一年後，科學家們通過其傳回來的數據發表了三篇論文，告訴我們天體表面呈現紅色是因為甲醇，以及隕石坑的情況，兩個部分是如何結合到一起的。

2019年1月1日，在穿越冥王星的三年半之後，新視野号飛船飛掠了在當時被稱為2014 MU69的柯伊伯帶天體。在他們相遇之前，我們僅對這個柯伊伯天體有一點了解，比如說，它繞着太陽以66億公裡為半徑的軌道做圓周運動，還有它是一個雙星系統或者是一個雙葉的物體，這兩個天體可能是像彗星67P一樣連接在一起。

但是後來新視野号航行從距該天體僅3500公裡處飛過，在新視野号航行了60億公裡之後，我們知道了關于這個柯伊伯天體更多的事情。

現在，一年之後，在檢測了從漆黑太空中發送回來的大量數據之後，科學家發表了三篇論文，研究這個現在被稱為“阿羅科斯”的天體。他們的發現可以被簡潔的概括起來，但是好像又有些過于簡單：它的顔色是那種極端的紅色；它的表面非常光滑幾乎沒有隕石坑；還有也許是最重要的，它可能是由兩個分開的天體緩慢地合并而成。（譯者注：“阿羅科斯”一詞源于美洲原住民波瓦坦人所使用的阿爾貢金語，被譯為“天空”）

讓我們來按順序講這些事情。

在海王星以外，也就是我們所說的柯伊伯帶，很多天體是紅色的。在很多情況下，這是因為他們被名為“托林”的有機物質所覆蓋，所以略帶紅色。但是這次，研究人員運用光譜，将光照分解成各種顔色，用以識别特定的化學物質。他們發現，在阿羅科斯天體的表面幾乎沒有水，而是有很多的…甲醇，對，就是那種你不能喝的酒精。

這裡有兩種可能的解釋。一種是在它的表面有很多一氧化碳（CO）冰，随着時間的流逝，這些冰與氫氣混合形成甲醇。這種解釋是有可能的，但是更可能的途徑是，它的表面上曾經有甲烷和水冰，并在宇宙射線的持續轟擊下（亞原子粒子以接近光速的速度快速移動）将他們轉化為甲醇。這樣可以解釋為什麼會缺少水。

甲醇再加上一些其它的尚無法識别的分子，就是阿羅科斯天體這麼紅的原因。其他柯伊伯帶天體（KBOs）的光譜顯示出他們也缺少水冰，所以這可能是它們的一個共同特征。

阿羅科斯天體的彩色圖像顯示出它非常紅且光滑。在較小的瓣上可以看到最大的隕石坑-馬裡蘭（Maryland）

其表面本身也告訴了我們很多關于阿羅科斯的過去。它有一個相當大的隕石坑，叫做馬裡蘭（馬裡蘭州是美國的一個州，新視野号探測器由該州的約翰霍普金斯大學應用物理實驗室所控制），這個隕石坑寬約7公裡。所有其他可觀測到的隕石坑直徑都小于或等于1公裡，而且這些隕石坑外表面都非常光滑。

沒有很多隕石坑是意料之中的事。很久以前，當太陽系還年輕時，一些氣體、塵埃和碎片繞着太陽旋轉。當海王星形成時，它沖進了這些垃圾并将他們從太陽附近移動到了距太陽45億公裡的地方，使這些碎塊散落在橢圓形和傾斜的運動軌道上。但在更遠的地方，距離太陽60至80億公裡處，情況平靜得多。那裡的物質更傾向于在圓形軌道的平面上運行。

因此冥王星雖然更靠近太陽且在傾斜的軌道上運轉，卻會受到其他天體的撞擊，而阿羅科斯天體則可以幸免于此。考慮到那裡物質的數量和其表面上隕石坑的密度（隕石坑的數量除以阿羅科斯天體的表面積），行星科學家可以告訴我們這個表面非常古老，至少有40億年的曆史，這也在預料之中。然而冥王星足夠大，所以非常有活力，有時會從内部噴湧出物質，重新鋪滿星球表面并掩蓋住隕石坑，但阿羅科斯天體不是這樣。你可以觀察到這一點，由于太陽系還非常年輕，所以阿羅科斯天體表面還沒有明顯變化。

但是顯而易見的是，阿羅科斯天體的形狀詭異，就像一個被人踩過的花生。它有兩瓣，其中一瓣的體積是另一瓣的兩倍，并且它們處于同一個平面。最初，人們認為他們“真的”很平，但新視野号發回的更完善的數據表明，他們并沒有那麼平。

較大一瓣的大小為20.6x19.9x9.4千米，較小的一瓣為15.4x13.8x9.8千米。較小的一瓣事實上要比較大的一瓣厚一點。整個阿羅科斯天體的總長度為36千米。

這兩瓣之間有一個細頸連接，這很重要。沒有迹象表明這個頸部受壓，就像你曾經可能會以為，這兩瓣會不會是分别形成，并受到過相當大的擠壓。但這意味着，他們彼此之間接觸得非常溫和，也許僅幾米每秒。

三種形成阿羅科斯天體雙瓣結構的碰撞模型：過快的速度在過于尖銳的角度，且兩瓣沒有融合在一起（左）；過快的速度（5米每秒）在一個低角度，且頸部結構實際并不可見（中）；非常慢的速度（低于3米每秒）産生的觀察到的結構（右）。

科學家們運行了一系列計算模型，從兩個大小不同的物體開始，讓它們以不同的速度和角度撞擊。撞擊的速度太高會導緻很多材料被切掉，兩個物體無法保持在一起。在較低的速度下（大約5米每秒，這個速度大約是在慢跑和沖刺跑之間），兩個物體可以連在一起，但頸部太粗，而且周圍物質的掉落會扭曲整體的形狀。

但是在較低的速度（3m/s）和一個非常傾斜的80°角（正面為0°，掠過的掠面為90°），得到的模型結果與其真實的形狀相匹配。對于在不同的地方形成并在撞擊後合并在一起的兩個物體來說，這是非常不可能的。相反，這也暗示着，這兩個物體作為一個雙星結構同時形成并最終合并在一起。

這種想法是，這兩個截然不同但彼此靠近的天體在軌道上運行時，在一團卵石中相互合并在一起（這些石頭的大小由幾毫米到幾分米不等）。在它們的周圍仍有很多塵土和氣體，而這其中的拉力會使它們盤旋在一起，直到它們親吻彼此，成為同一個天體。

有趣的是，它們的幾何形狀是對齊的。它們這樣連接在一起，以至于它們平坦的側面處于相同的方向（可以看作兩瓣的赤道對着赤道）。随着時間的推移，當它們還在相互環繞時，這種情況就有可能發生。它們彼此之間的引力潮汐會最終将他們對齊。由于它們邊旋轉邊成型，它們可能一開始就是扁平的，離心力在它們旋轉時沿其赤道将更多的材料扔出去。當它們合并時也保持着整體的旋轉。

所有這些都表明，它們是一起形成，并慢慢合并在一起的。對于阿羅科斯天體所處的柯伊伯帶的觀察表明，很大一部分天體都是雙瓣或者雙星結構的，所以關于阿羅科斯天體如何形成這種結構的發現也可以拓展到這些其他天體上。

很好！觀察一個天體，然後知道關于這個整體更多的事情。

當然，我們必須要小心，因為這隻是單一的一個對象，所以你不能瘋狂地推測出所有其他的事情。但這很刺激，而且關于這一切的物理原理都簡單易懂。

在我們更近距離地檢查更多的事情之前，我們無法得出結論。好消息是，新視野号的任務至少已經被延長至2021年，也就是說如果可以找到一個合适的天體，它還可以進行另一次近距離的飛行。所以請持續關注。這個小小的任務還沒有完成。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

translate: 仝囧囧

author: Phil Plait

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