月球光晕怎么形成的 太空雪人的背后

“天空”的起源，未知的探索，下一场邂逅在何方？

图解：“天空”，图源：sohu

新的结果或将结束长期以来的争论

“天空”表面均匀的颜色和统一的颜色告诉我们柯伊伯带天体是由太阳星云中一小块均匀的物质云形成，而不是来自星云分离部分中的混杂物。前者支持了“天空”形成于太阳星云中星云局部坍塌的观点。

（图像来源：©美国宇航局，约翰霍普金斯大学应用物理实验室，西南研究所，罗马·特卡琴科）

图解：太阳星云，图源：sougou

美国航天局的一个探测器在遥远的太阳系外与一个小天体的史诗般邂逅，告诉了我们许多行星是如何诞生的。

2019年1月1日，“新视野号”航天器在距“天空”2200英里(3540公里)的范围内快速掠过。“天空”是位于海王星轨道外的冰冷天体环形物-柯伊伯带的一个22英里宽(36公里)的天体。

图解：“新视野”号，图源：sougou

图解：柯伊伯带，图源：sougou

这是航天历史上最遥远的行星飞越，“天空”距离地球41亿英里(66亿公里)，比2015年7月“新视野号”巡航经过的冥王星还要远10亿英里(16亿公里)。

“新视野”号发现“天空”是这个遥远领域的异国侨民，去年5月，任务小组在《科学》杂志上发表了一篇研究报告，详细描述了这次飞掠的最初科学反馈。探测器的观测结果显示，一个非常明显的红色物体由两个不同的裂片组成，两个裂片都令人惊讶的扁平。因此，尽管被“打”得遍体鳞伤，“天空”看起来就像一个太空雪人。

雪人的形状表明，“天空”是由两个独立的物体合并而成的，这种合并发生在很久以前，那时太阳系外的撞击速度还很低。(“新视野号”研究小组的成员说，现代柯伊伯带的碰撞太过剧烈，不可能产生像“天空”那样清晰、无损的裂片天体。)

因此，“天空”是太阳系早起遗留下来的原始物体，它可以说是行星构造块或者说是星子。研究人员在2019年5月的研究报告中写道，它的两瓣裂片很明显都来自距离新生太阳较远的柯伊伯带中的由同一个由尘埃和气体组成的引力坍缩的旋转云团。

事实证明，最初的解释经受住了时间的考验。

任务团队在《科学》杂志的网络版上发表了三篇“天空”的新论文，报告了比在去年研究报告撰写时手头上数据的数量多10倍的飞行数据分析。(“新视野”号需要一段时间才能将大数据集发送回来。)新的研究在很大程度上证实和扩展了关于“天空”的原始结论，并确定了这个遥远物体的起源故事。

“‘天空’告诉了我们星子是如何形成的，因此在我们对行星形成的理解上取得了重大进展，”“新视野”号的首席研究员艾伦·斯特恩告诉空间网站。“这是非常关键的。”

两种形成可能性

“天空”的“云坍缩”的诞生远非偶然。有一个著名的关于星子形成的竞争理论叫做“层次累积”，它假设行星的构造块是随着时间的推移由来自不同地点的物体的高速碰撞而建立起来的。

斯特恩说，等级积累实际上是一个更古老的概念，它可以追溯到大约70年前，而云坍缩(也被称为“卵石积累”)则是在本世纪初设计出来的。

在过去的二十年里，这两种理论的支持者之间一直存在着相当多的争论。但斯特恩说，这三篇新论文令人信服地展示了“天空”是如何诞生的。斯特恩就职于科罗拉多州博尔德市的西南研究所。

“有了‘天空’，就有六行证据都指向云的坍缩，你不能用等级的增加来解释它们，”他说。

也许最有力的证据来自物体的形状。正如上面所讨论的，两个裂片相对完整的性质意味着非常温和的碰撞，而不是高速的破坏。

在一篇新发表的论文中，圣路易斯华盛顿大学的威廉•麦金农领导的研究人员对很久以前的合并进行了详细的建模。这些模拟表明，这两个裂片很可能是由同一块物质云形成的，它们变成了一个共同轨道的双星天体，最后以一种缓慢而非破坏性的方式结合在一起。事实上，模型将碰撞的最大速度设定在每小时9英里(每小时15公里)左右，而实际速度可能比这要小得多。

科学家们写道，“天空”的两个裂片的几何排列进一步支持了这一假设，这有力地表明了当它们是分离的、自由飞行的物体时，这两个裂片绕着相同的质心旋转。

这段简短的动画在两个“新视野”号宇宙飞船的“天空”视图之间移动，“天空”是宇宙飞船2019年在柯伊伯带的飞行目标。3D效果来自于从不同视角拍摄的图像的配对或组合，创造出一种“双目”立体效果，就像我们眼睛的分离使我们能够看到三维。来自这些图像的3D信息为科学家提供了关于物体形状和结构的关键信息，以及随后的起源。

由西南研究所的约翰·斯宾塞领导的另一项新研究，深入研究了“天空”的地质和物理学，也指出了云坍缩的起源。例如，“天空”陨石坑的密度表明该物体是古老的，其表面至少有40亿年的历史。而且，像麦金农和他的团队一样，斯宾塞等人发现了两个裂片的紧密排列，它们的极点和赤道在几何上是同步的。(除其他有趣的发现外，他们还确定这些裂片并不像最初认为的那么扁平。)

在第三篇论文中，洛厄尔天文台和北亚利桑那大学的威尔·格伦迪和他的同事调查了“天空”的成分。他们发现，这个物体（之前官方称为2014年MU69，非官方称为“天涯海角”）非常冷，呈极度红色，表面大部分是均质的甲醇冰和含碳有机材料。研究人员写道，这些复杂的有机物可能是物体红色的原因。（新视野没有发现任何水冰，但这种物质可能仍在“天空”上，由于潜伏在视线之外。）

图解：2014年“新视野”号拍摄的MU69，图源：planetary

任务小组成员说，这一整体情况也与云坍缩的诞生相一致。例如，两个裂片的成分相似，表明它们是由相同的起始物质形成的。

生于星云

斯特恩和他的新视野团队成员并不是唯一发现所有这些证据都令人信服的人。

瑞典隆德大学的天文学教授安德斯·约翰森通过电子邮件告诉空间网站：“对我来说，‘天空’的观测表明，星子是由崩塌的卵石云形成的。”

约翰森补充说：“一开始，将小石子聚集成云的机制被称为流的不稳定性。”约翰森并没有参与这三项新研究。“看到‘天空’与我们在计算机模拟流的不稳定性时形成的星子是多么的相似，真是令人惊讶。所以，我想说，‘天空’的这些观测为我们提供了一个让我们了解45亿年前太阳系中的星子是如何形成的窗口。”

据斯特恩说，这扇窗户可以让更多的事实被发现。他引用了从20世纪40年代到60年代中期关于宇宙起源的激烈争论作为对比。斯特恩说，一些研究人员支持“稳态”说，另一些人支持“恒常创造”模型，第三批人支持大爆炸理论。

“他们一直在争论，没有人知道谁是对的。然后，彭齐亚斯和威尔逊在1964年偶然发现了宇宙微波背景，并解决了这个难题，”他说。“三个理论中的两个都是错的，大爆炸从此成为范式。这在行星科学中也是一样的。”

约翰森也看到了新公布的结果的延伸，不仅仅只是“天空”的诞生。

他说：“在‘卵石堆积’理论中，当最大的星子通过卵石继续生长时，行星就形成了。”因此，事实上，“天空”是由卵石云形成的，这可能意味着巨型行星的固体核心——木星、土星、天王星和海王星——是由不断积累卵石的大型星子形成的。甚至太阳系的类地行星也可能是由于卵石的堆积而存在的。”

对于这种更广泛应用的讨论，有一个值得注意的警告：“天空”必须代表大多数甚至所有的星象，而不是一些绝无仅有的非典型。但这一条件很可能得到满足。斯特恩说，毕竟，“天空”在大小、颜色和反射率方面与其他柯伊伯带天体相似。新视野号随机抽取非典型宇宙天体的可能性很小。

依然在向前

“新视野”号于2006年1月发射升空，让人类第一次近距离观察冥王星，自1930年发现冥王星以来一直神秘莫测。探测器完成了主要任务，传回了这颗矮行星的图像，显示它是一个极其复杂和多样化的世界。

图解：冥王星，图源：sougou

“新视野”号与“天空”的邂逅是目前延伸任务的核心，该任务将持续到2021年。但在未来，探测器很可能再次进行其它天体的近点探测。

斯特恩说，“新视野”号保持着良好的状态，如果找到了合适的目标（美国宇航局批准再次延长任务），它有足够的燃料进行下一场邂逅。而且，今年夏天，任务小组将使用夏威夷的斯巴鲁望远镜和智利的麦哲伦和双子座南方望远镜，开始协同搜寻未来可能近点探测的目标。

斯特恩强调，不能保证这次搜寻会成功。

“我们花了四年时间才找到‘天空’，所以我不会做出任何承诺，”他说。“但是如果你不挥棒，你就不能击球。”

作者: Mike Wall

FY: 小羊

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