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通过亮度的周期性变化可以计算小天体的自转周

时间:2018-06-29 09:47 作者:admin 点击:

  早在隼鸟2号抵达小行星“龙宫”之前,地球上的科学家们就已经对这颗小行星进行了尽可能细致的调查研究了。
 
  例如,通过光变观测,可以测量出“龙宫”的自转周期约为7.6个小时。原理非常简单:小天体(小行星和彗星)的形状通常是非常不规则的,所以自转过程中被光照到的表面积会不断变化,表面积大的面比表面积小的面更亮,通过亮度的周期性变化可以计算小天体的自转周期。
 
  光变观测显示出的周期性变化可以推测小行星“龙宫”的自转周期约为7.6个小时。(图片来源:Kim et al。 (A&A, 2013))  光变观测显示出的周期性变化可以推测小行星“龙宫”的自转周期约为7.6个小时。(图片来源:Kim et al。 (A&A, 2013))
 
  同样通过光变观测,可以估计出“龙宫”的大致长宽比,也就是形状,原理和测量周期是相似的。这个形状估计当然是非常粗糙的,但至少我们已经可以知道“龙宫”基本是个土豆块而不会是个细长条了。光变观测对小行星“龙宫”形状的估计。(图片来源:Müller et al。 (A&A, 2017))光变观测对小行星“龙宫”形状的估计。(图片来源:Müller et al。 (A&A, 2017))
 
  BUT,只知道形状(长宽比)是不够的!就算都是球形,乒乓球和足球差别也很大啊!所以我们还需要知道绝对大小,就是至少一个方向上的长度。
 
  这时候,相信有些小伙伴一定会心一笑了。什么嘛,不是都有光变亮度数据了么?直接就可以推算绝对大小啊。越亮的就越大嘛——表面积越大的,反射的阳光就越多,就越亮。
 
  那就太天真了。
 
  虽然我们知道“龙宫”距离太阳和地球的距离,也知道可见光亮度,但,我们并不知道“龙宫”自身的反照率,也就是它的表面反射光线的能力呀。
 
  这时候,我们就需要借助红外观测了。小行星被阳光照射之后发热,发出的红外光亮度也和小行星的大小直接相关。综合红外亮度和可见光亮度就可以推算小行星的大小和可见光的反照率。隼鸟2号预计将在撞击器产生的撞击坑内降落并采集样本的假想图,旁边是一个标记球,(图片来源:JAXA)  隼鸟2号预计将在撞击器产生的撞击坑内降落并采集样本的假想图,旁边是一个标记球,(图片来源:JAXA)
 
  大约在2019年底,隼鸟2号将完成全部的工作,启程返回地球,返回地球的时间相对去程要快的多,只需要大约一年,预计2020年底,隼鸟2号将接近地球,并送上来自小行星“龙宫”的大礼包。
 
  龙宫,龙宫,原来你是这样的小行星!
 
  隼鸟2号计划探测的小行星“龙宫(Ryugu)”和隼鸟号探测的小行星“丝川(Itokawa)”有许多相似之处。
 
  例如:
 
  它们都是林肯近地小行星研究小组(LINEAR)发现的;
 
  它们体积都很小(直径不足1公里);
 
  它们都是近地小行星,更准确地说,都是近地小行星中的一支——阿波罗型(Apollo)小行星中的一颗。阿波罗型小行星轨道通常比较椭圆,既和小行星带相交,又和地球轨道相交(因此阿波罗小行星也是一类对地球最有潜在威胁的小行星)。也正因为如此,部分阿波罗型小行星接近地球的时候距离非常近,这些使得阿波罗型小行星成为相对容易探测的一类小行星。
 
  阿波罗型(Apollo)小行星的轨道。(图片来源:维基)阿波罗型(Apollo)小行星的轨道。(图片来源:维基)
 
  甚至也和小行星“丝川”一样,小行星“龙宫”直到隼鸟2号发射都还没有一个正式的名字,只有一个临时编号1999 JU3。
 
  “龙宫”这个名字来源于日本民间故事《浦岛太郎》(うらしまたろう),故事里浦岛太郎被海龟带往海底龙宫,在龙宫受到了公主乙姬的热情款待,回到人间的时候带回了一个宝盒——寓意小行星采样返回任务隼鸟2号也能从小行星带回珍贵的信息。
 
  童书《浦岛太郎》的封面(图片来源:ポプラ出版社 (2018/3/6))童书《浦岛太郎》的封面(图片来源:ポプラ出版社 (2018/3/6))
 
  这个名字的另一个意义在于,“龙宫”是一颗C型小行星,或者说是碳质小行星,这类小行星上有大量碳酸盐矿物——表明小行星上有着含量不低的水,也非常符合“海底龙宫”的意味。这点就和小行星“丝川”很不一样了,后者是一颗S型小行星,或者说岩质小行星,这类小行星上有大量硅酸盐矿物。
 
  之所以选择探测这颗小行星,也有这方面的原因。小行星不像行星和大型卫星一样经历过剧烈的地质和物理改造,可以认为还保留着原始太阳系的成分和信息;同时,C型小行星被认为是碳质球粒陨石母体,除了含有水之外,有些还富含有机物,而地球早期的水和生命,可能就是富含水和有机物的小行星和彗星的撞击带来的——也就是说,探测这样的小行星既这可以帮助人们了解太阳系早期的原始成分,说不定也可以帮助人们寻找到地球生命起源的线索。