科学家揭示双星系统精确物理表征

五个科学家团队报告了对“孪大星”双小行星系统的新发现，这些发现基于美国宇航局（NASA）“双小行星重定向测试”（DART）任务的观测数据。研究结果有助一步了解这些天体的物理和地质特征以及它们的形成，对未来探测任务和行星防御策略有潜在影响。相关研究近日发表于《自然—通讯》。

双小行星系统（由一个主星和一个环绕卫星组成）尤其受到关注，因为它们能提供对系统组成的精确物理表征，而且能揭示小型天体系统的形成和演化过程。孪大星及其超小卫星孪小星离地球较近，并且是近地空间的常见小行星类型，因此是难能可贵的研究对象，提供了近距离观测的独特机会。利用NASA的DART任务采集的数据，五个团队调查了孪大星双小行星系统的不同物理特征。

美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理学实验室的Olivier Barnouin和同事利用NASA的DART任务数据以及意大利航天局的“意大利小行星成像立方星”任务的影像，分析了孪大星和孪小星的地质特征和物理特性。他们发现，孪大星的高海拔表面崎岖不平，有大型石块（10-160米长）和陨击坑；低海拔表面则较平坦，大石块和陨击坑都较少。相比之下，孪小星上有各种大小的石块，多个裂缝或断层，还有一些陨击坑。作者指出，孪小星可能由孪大星脱落的物质（在引力作用下聚集）形成而来，两个行星的表面粘聚力特性较低，加上观测到的陨击坑，显示孪大星的表面年龄是孪小星的40-130倍。他们估计孪大星和孪小星的年龄分别在1250万年左右和不到30万年。

法国图卢兹大学的Naomi Murdoch和同事分析了小行星表面的石块裂缝，确认了孪大星表面的承载力（表面支撑重力载荷的能力）比地球上干旱沙地或月壤的承载力要低很多。在另一篇论文中，意大利帕多瓦天文台的Maurizio Pajola和共同作者分析了石块大小、形状以及在这两个小行星表面的分布模式。他们发现，孪小星上的石块大小分布模式显示，它们是分阶段而不是一起形成的，而且直接来自孪大星。这进一步支持了双小行星系统能从主星物质脱落中形成的假说。

帕多瓦天文台的Alice Lucchetti和同事则发现，热疲劳能使孪小星表面的石块快速破裂，或是热疲劳在这类小行星（S型小行星）上引起这种快速（约10万年）石块破裂的首个观测结果。最后，图卢兹大学的Colas Robin和共同作者将孪小星表面34个石块（大小从1.67米到6.64米）的形态特征与其他多个砾石堆小行星（包括丝川、龙宫、贝努）的表面石块进行了对比。根据石块形态特征的相似性，以及与实验室实验的对比，他们的发现显示这类小行星有一个共同的形成和演化机制。

综合来看，这些发现提供了孪大星系统在DART任务撞击孪小星前的全面情况。研究结果为欧洲空间局的“赫拉”任务奠定了基础——“赫拉”将提供更高分辨率的数据，并对该系统以及DART撞击的后果提供更全面的分析。

Bigot, Lombardo et al. (2024)中在孪小星表面发现的15条疑似巨石轨迹的位置。图片来自J.Bigot 和P. Lombardo

小行星a) 孪小星b) 丝川c) 龙宫和d)贝努表面的巨石。图片来自：A. Duchene和 C. Robin

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-50146-x

https://doi.org/10.1038/s41467-024-50148-9

https://doi.org/10.1038/s41467-024-50145-y

https://doi.org/10.1038/s41467-024-50149-8

https://doi.org/10.1038/s41467-024-50147-w