露西報告地球！一顆形似花生的小行星正在奇特地翻滾，上面還有液態水的線索

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翻譯：張瀚之

校對：牧夫校對組

編排：陶邦惠

后臺：朱宸宇

https://scitechdaily.com/nasas-lucy-uncovers-ancient-water-clues-on-a-weirdly-wobbling-asteroid/

大家還記得去年四月份，NASA的露西號飛掠的小行星Donald-Johanson（52246），也叫做唐納德約翰森小行星嗎？對，就是那顆不怎么引人關注、長得像花生的，正水深火熱翻滾的小天體。有意思的是，最新的一項研究表明，它的自轉模式在過去數百萬年里因為陽光一直在發生改變。并且，它的母體天體曾短暫有過液態水的存在。這些寶貴的線索最近剛剛被整理出來，為我們研究太陽系早期演化提供了新的信息。

形狀酷似花生的小行星唐納德約翰森（Donald-Johanson）。圖片來源: Kel Elkins/NASA’s Science Visualization Studio/DLR

別看小行星們個頭都不大，它們的身世可能一點也不簡單。而且，他們是我們了解宇宙的重要途徑。NASA的露西號探測器在2025年首次距離飛掠唐納德約翰森期間，發現這顆形狀奇特的小行星表面上遍布著遠古撞擊留下的痕跡，而且還不斷地進行著復雜的翻滾運動。

天文學家們認為這顆小行星約形成于1.55億年前。當時，一次劇烈撞擊將一顆較大的小行星擊碎。碎片隨后就在引力作用下緩慢重新聚集，最終形成了今天的唐納德約翰森。而且非常有意思的是，此后的數千萬年間，陽光（是的，陽光）一直在悄悄改變它的自轉方式。唐納德約翰森身上的傷痕能讓我們一探它的奇幻人生。

? 露西號首次近距離探測唐納德約翰森

2025年4月20日，露西號飛往木星特洛伊小行星群時，穿越了主小行星帶。那天，它以約1000公里的最近距離飛掠了唐納德約翰森。這是人類首次有機會對這顆此前從未近距離探測過的小行星開展詳細的觀測。

露西號的七個目標：雙小行星Patroclus/Menoetius、Eurybates、Orus、Leucus、Polymele和最右下角的唐納德約翰森（Donald-Johanson）。 圖片來源：NASA's Conceptual Image Lab

這次飛掠結果顯示，唐納德約翰森有很復雜的運動方式。不同于大多數行星和小行星繞單一自轉軸旋轉，它同時展現出了兩種不同的旋轉運動。此外，露西號還拍攝到了它獨特的花生外形，以及遍布表面的撞擊坑和類似于山脊的結構。

此次飛掠其實是露西號正式探測木星特洛伊小行星前的一次演練。按照計劃，它將在2027年8月12日首次飛掠特洛伊小行星Eurybates（小行星3548）。唐納德約翰森這次飛掠過程中，探測器各項設備顯示運行正常。同時，科學家還獲得了一個意外收獲，能夠將唐納德約翰森與兩顆我們研究較為深入的明星小行星Bennu（貝努）和Ryugu（龍宮）進行比較：雖然他們三位的組成成分相似，但形成后的演化過程卻截然不同。

如果讀者們感興趣詳細信息的話，這項研究成果在2026年6月18日在《Science》期刊上發布。

? 它轉起來像一個搖搖晃晃的陀螺

在露西號抵達之前，天文學家們就利用了地面望遠鏡觀測了唐納德約翰森。人們發現這顆細長的小行的星亮度在規律地變化，并且推斷它大約每10.5個地球日自轉一周。

露西號的近距離觀測揭示了唐納德約翰森有比我們想象的更復雜的情況。它沒有穩定地繞固定軸旋轉，而是更像一個搖搖晃晃的陀螺，一方面每10.5天完成一次整體翻轉，另一方面還會繞自身長軸緩慢擺動，每26.5天完成一個完整擺動周期。

? 這顆花生原來是兩塊拼起來的

此前，人們的觀測僅僅認為唐納德約翰森是一顆細長的小行星，而露西號近距離拍攝并且傳送給我們的圖像顯示，它實際上是一顆典型的雙葉體（bilobate），也就是兩個葉狀結構通過狹窄的頸部連接了起來，因此整體看起來像一顆花生。

天文學家們認為，這兩個葉狀結構原本是一次小行星撞擊產生的獨立碎塊，后來在彼此引力作用下緩慢結合，形成今天的整體結構。

根據估計，唐納德約翰森最初的自轉速度至少是現在的10倍。過去約2000萬至6000萬年間，它的自轉才持續減慢。因為轉速在逐漸下降，所以引力與離心力之間的平衡發生了改變，導致它表面的碎石和松散物質逐漸向低處滑落，使許多撞擊坑邊緣變得更加平緩，所以才塑造了如今的獨特樣貌特征。

在2025年4月20日飛掠唐納德約翰森期間，露西號利用紅外光譜儀在它的表面探測到了富鐵黏土礦物。這類富鐵黏土礦物與富碳隕石（比如QUE 97990）中的礦物相似。這也說明，這顆小行星的母體天體在遙遠過去曾短暫存在液態水。圖片來源: NASA/Goddard/SwRI/Dan Gallagher

? 陽光也能改變一顆小行星

研究團隊認為，這種持續減速源于著名的YORP（Yarkovsky–O’Keefe–Radzievskii–Paddack）效應，指的是太陽輻射引發小行星自轉狀態改變的物理現象。聽起來有些不可思議，但陽光其實也能慢慢推動一顆小行星！

太陽照射小行星表面后，小行星表面的各個區域會吸收不同的熱量，然后以紅外輻射形式重新釋放出去。雖然這種輻射產生的推力極其微弱，但對于形狀不規則的小行星而言，各處受力并不均勻，因此會產生微小的扭矩。經過數百萬甚至數千萬年的累積，這種持續作用就足夠明顯地改變小行星的自轉速度和旋轉狀態了。

YORP效應既可能減慢，也可能加快小行星自轉。比如說，貝努目前約每4小時自轉一周，而龍宮約每7小時自轉一周。天文家們認為，這兩顆小行星過去的自轉速度可能遠低于今天，正是在YORP效應長期作用下逐漸加快了旋轉。

? 遠古液態水存在的證據

我們剛才說到，當露西號以約4.8萬每千米/小時飛掠唐納德約翰森時，它的紅外光譜儀在小行星表面探測到了富鐵黏土礦物。

也就是說，這顆小行星的祖先（母體天體）曾經短暫擁有過液態水。不過，這段水活動持續時間估計并不太長。 因為如果長期受到液態水作用，富鐵黏土中的鐵通常會逐漸被鎂等元素取代，然后形成富鎂黏土礦物。而唐納德約翰森仍保留富鐵礦物正是說明了它母星的水活動很快就終止了。

相比之下，貝努和龍宮表面也都發現了富鎂黏土礦物，表明它們的母星曾經歷持續數百萬年的水活動。

不同礦物組成意味著，這些小行星的母星可能形成于太陽系早期不同的時間或不同區域，隨后才遷移至今天所在的主小行星帶。

? 與貝努和龍宮相比，它有什么不同？

科學家認為，唐納德約翰森同樣源于一顆富含碳和水的大型小行星，在主小行星帶的一次撞擊中破碎形成，這一點與貝努和龍宮十分相似。

然而，它們之間的差異具有重要科學意義。

唐納德約翰森形成于約1.55億年前，遠比形成于約10億至20億年前的貝努和龍宮年輕。除此之外，它似乎始終停留在主小行星帶，而貝努和龍宮后來逐漸遷移至近地軌道，因此成為露西采樣并返回地球任務的重要目標。

這次研究的論文第一作者表示：“將唐納德約翰森與貝努、龍宮等看似相似的小行星進行比較，對我們十分重要。因為每一個細微差異，都可能成為揭示太陽系起源的新線索。”

研究團隊還指出，當露西號未來開始探測擁有完全不同演化歷史的木星特洛伊小行星時，人類對于太陽系形成過程的認識，很可能再次迎來新的挑戰。

? 露西號真正的旅程才剛剛開始

令人心潮澎湃的是，唐納德約翰森只是露西號任務主要目的的一次預演。

露西號探測木星特洛伊小行星任務概念圖。圖片來源：NASA/SwRI

露西號名稱來源于1974年在埃塞俄比亞發現的著名古人類化石Lucy（露西）。未來，它將成為首個探測木星特洛伊小行星群的航天器。這些木星特洛伊小行星就像一個個被時間封存的化石，從太陽系形成初期以來幾乎沒有發生明顯變化。

科學家希望通過研究這些珍貴的時間膠囊，進一步揭示太陽系早期的形成與演化過程，理解行星如何誕生、遷移，并最終形成今天我們所看到的軌道格局。

從先驅者、旅行者、到伽利略、卡西尼、新視野號、再到今天的露西，人類探索太陽系史的腳步始終沒有停歇。每一代深空探測任務都會給我們帶來新的發現，也不斷修正我們對太陽系起源和演化的認識。期待露西號造訪木星特洛伊小行星群時，這些數十億年的古老天體給我們帶來的更多的驚喜！

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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蝙蝠星云NGC 6995

圖片來源及版權：Mike Taivalmaa