地球的“準(zhǔn)衛(wèi)星”之謎

身份成謎的小行星

一塊神秘的太空巖石一直是科學(xué)家關(guān)注的目標(biāo)，因?yàn)樗能壍篮芴貏e，來源也很難確定，看起來并不像是來自小行星帶，這與大多數(shù)位于地球附近的小行星很不相同。科學(xué)家推測(cè)，這個(gè)神秘的物體很可能是很久以前一顆小行星撞擊了月球后，從月球上分裂出來的碎片。

這顆名為“2016 HO3”的小行星有一個(gè)別稱：“卡莫奧阿萊瓦”，在夏威夷語中是“振蕩的天體”的意思?！翱獖W阿萊瓦”是一個(gè)直徑在40至100米間的近地天體，2016年被位于夏威夷的泛星1號(hào)小行星巡天望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家認(rèn)為，這個(gè)天體大約產(chǎn)生于100萬至1000萬年前的一次小行星撞擊。美國亞利桑那大學(xué)宇宙化學(xué)和行星天文學(xué)家維什努·雷迪以及他的博士生本杰明·夏基，一直專注于研究地球附近的太空巖石。然而，多年來，他們對(duì)“卡莫奧阿萊瓦”的出生地一直無法確定，原因是“卡莫奧阿萊瓦”是一個(gè)小天體，且距離地球太遠(yuǎn)。他們使用的望遠(yuǎn)鏡能力太弱，無法破解“卡莫奧阿萊瓦”的身份之謎。好在夏基之前曾使用大型望遠(yuǎn)鏡研究過遙遠(yuǎn)的天王星和海王星的衛(wèi)星，他決定使用那樣的望遠(yuǎn)鏡來研究這塊奇特的巖石。

于是，夏基用美國最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡之一的大型雙筒望遠(yuǎn)鏡和洛厄爾發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡，觀測(cè)“卡莫奧阿萊瓦”如何反射光線，想要揭示這塊巖石的物質(zhì)組成。當(dāng)陽光照射小行星的表面時(shí)，巖石中的礦物質(zhì)吸收光線中的某些波長，同時(shí)反射其他波長。通過研究小行星表面反射光的光譜，天文學(xué)家可以測(cè)量小行星表面物質(zhì)的化學(xué)“指紋”。

當(dāng)雷迪和夏基獲得了這塊難以捉摸的太空巖石的最新觀察結(jié)果時(shí)，兩人簡(jiǎn)直不敢相信自己的眼睛，因?yàn)檫@顆小行星和其他的小行星完全不一樣。雷迪指出，分析結(jié)果顯示，“卡莫奧阿萊瓦”與他們之前分析的 2000多顆已知的近地小行星中的任何一顆都不相符。

更令他們驚訝的是，“卡莫奧阿萊瓦”的光譜，與20世紀(jì)60年代初至70年代初實(shí)施的“阿波羅”計(jì)劃中被送回地球的月球物質(zhì)樣本的光譜非常相似。夏基認(rèn)為：“這個(gè)物體的光譜特性看起來與月球很類似。”

地球的追隨者

現(xiàn)在，“卡莫奧阿萊瓦”被天文學(xué)家稱為地球的“準(zhǔn)衛(wèi)星”。那么，什么是地球的準(zhǔn)衛(wèi)星呢？這是一種圍繞太陽運(yùn)行的太空巖石，它們的軌道與地球非常相似，因此始終保持著伴隨地球的狀態(tài)。例如“卡莫奧阿萊瓦”的軌道和地球環(huán)繞太陽運(yùn)行的軌道非常相似，只是稍微傾斜一點(diǎn)，也稍微拉長了一點(diǎn)。于是，這顆小行星基本上與地球相伴而行，只是時(shí)而出現(xiàn)在地球的前方，時(shí)而又出現(xiàn)在地球的后方，其距離地球的最近距離相當(dāng)于月地距離的40倍。在“卡莫奧阿萊瓦”環(huán)繞太陽的一年時(shí)間里，大約一半時(shí)間較接近太陽，并位于地球前方的位置；在另外的一半時(shí)間里，它距離太陽較遠(yuǎn)，位于地球后方的位置。它的軌道面和地球的軌道面還存在少許夾角，因此每年各有一次升到地球軌道面以上或降至地球軌道面以下的變化。這樣，在地球上看，它就給人一種環(huán)繞地球運(yùn)行的錯(cuò)覺，但它并不是地球真正的衛(wèi)星，所以人們稱它為地球的“準(zhǔn)衛(wèi)星”。

雖然“卡莫奧阿萊瓦”不被認(rèn)為是地球真正的衛(wèi)星，但它卻是地球附近的近地天體和準(zhǔn)衛(wèi)星中最穩(wěn)定的天體?！翱獖W阿萊瓦”和其他在地球附近出現(xiàn)的準(zhǔn)衛(wèi)星有些不同，軌道分析表明，它已經(jīng)陪伴地球運(yùn)行了至少100年，而其他準(zhǔn)衛(wèi)星不會(huì)伴隨地球太久?！翱獖W阿萊瓦”這種與地球、月球長期相隨的特性，使得科學(xué)家認(rèn)為它在光譜上表現(xiàn)出的與月球物質(zhì)樣本的相似性可能并非巧合。那么，它是否真的來自月球呢？

尋找“卡莫奧阿萊瓦”的出生地

如果你通過望遠(yuǎn)鏡觀察月亮，那么你會(huì)在月表發(fā)現(xiàn)大量的隕石坑，這表明在月球上經(jīng)常發(fā)生撞擊事件。撞擊噴射出的碎片會(huì)穿越太空，分散在宇宙空間。迄今，人們已經(jīng)在地球上發(fā)現(xiàn)了480多塊月球隕石。由此可以推測(cè)的一種可能性是：“卡莫奧阿萊瓦”是在一次遠(yuǎn)古的撞擊事件中從月球中分離出來的。如果事實(shí)果真如此，那么“卡莫奧阿萊瓦”就是第一塊被人們發(fā)現(xiàn)的從月球中分離出來的大型太空巖石。

假若真是這樣，那么這塊太空巖石究竟是怎樣從月球上撞擊下來的？它是從月球的什么部位撞擊下來的？又是如何進(jìn)入現(xiàn)在的軌道運(yùn)行的呢？為了回答這些問題，科學(xué)家像偵探一樣利用“卡莫奧阿萊瓦”和月球表面所有已知的信息來推導(dǎo)該天體起源的背景，這意味著要考慮碰撞所產(chǎn)生的噴射物的大小、速度及其動(dòng)力學(xué)演化等因素。

科學(xué)家使用計(jì)算機(jī)模型來模擬有可能產(chǎn)生“卡莫奧阿萊瓦”的撞擊模式。此前的觀測(cè)顯示，“卡莫奧阿萊瓦”的運(yùn)行軌道并不穩(wěn)定，科學(xué)家因此有理由將其與一個(gè)不太古老的隕石坑聯(lián)系起來。這個(gè)隕石坑的年齡應(yīng)該在一千萬年之內(nèi)，且面積不會(huì)太大，這樣才能產(chǎn)生“卡莫奧阿萊瓦”這樣大小的完整碎片。為此，科學(xué)家需要篩選大量的隕石坑，只有在年齡和大小上完全符合條件的隕石坑，才會(huì)被認(rèn)為有可能是產(chǎn)生了“卡莫奧阿萊瓦”的源隕石坑。結(jié)果，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，最好的候選者是佐丹奴布魯諾隕石坑，它同時(shí)符合年齡和大小兩個(gè)方面的條件。佐丹奴布魯諾隕石坑的直徑為22千米，是月球背面的一個(gè)年輕的撞擊坑。科學(xué)家估計(jì)，撞擊月球的小行星的直徑必須達(dá)到約1.6千米才能形成佐丹奴布魯諾隕石坑，并將“卡莫奧阿萊瓦”撞向太空。我國的研究團(tuán)隊(duì)通過月球逃逸碎片的長期軌道演化研究，建立了從撞擊濺射到長期軌道演變的完整動(dòng)力學(xué)路徑。這一路徑清晰地展示了“卡莫奧阿萊瓦”如何從佐丹奴布魯諾隕石坑中誕生，并經(jīng)過數(shù)百萬年的太空之旅，最終穩(wěn)定地運(yùn)行在目前軌道上的全過程。

對(duì)“卡莫奧阿萊瓦”的研究也改變了人們對(duì)地球周圍近地天體群的看法，因?yàn)檠芯勘砻?，雖然大多數(shù)近地天體來自火星和木星之間的小行星帶，但仍有一小部分可能來自月球或者其他地方。如果體積與“卡莫奧阿萊瓦”相當(dāng)?shù)男⌒行亲矒袅说厍?，那么將產(chǎn)生相當(dāng)于一百萬噸級(jí)炸彈釋放的能量。而佐丹奴布魯諾隕石坑和近地天體“卡莫奧阿萊瓦”可能存在關(guān)聯(lián)的這一最新的研究成果則提醒人們，在太陽系存在的46億年的歷史中，即使人們認(rèn)為地球周圍近地天體群在較晚的時(shí)期已趨向于平靜，但巨大的太空巖石依然有撞擊地球的可能。

“天問二號(hào)”的探秘之旅

盡管對(duì)于“卡莫奧阿萊瓦”的研究有了上述的成果，但這些成果仍然需要得到進(jìn)一步的證實(shí)?！翱獖W阿萊瓦”和月球之間果真存在聯(lián)系嗎？科學(xué)家期待著確切的答案，而這個(gè)謎底將由我國執(zhí)行第一次小行星采樣返回和主帶彗星探測(cè)任務(wù)的“天問二號(hào)”行星際探測(cè)器揭開。

“天問二號(hào)”任務(wù)屬于中國行星探測(cè)工程，計(jì)劃通過一次發(fā)射執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)，它要從“卡莫奧阿萊瓦”上采集樣本，并將樣本帶回地球。這項(xiàng)任務(wù)完成后，將前往主帶彗星311P開展伴飛探測(cè)。按照中國國家航天局公布的規(guī)劃，長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭將搭載“天問二號(hào)”行星際探測(cè)器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，具體發(fā)射時(shí)間預(yù)定為2025年。

與火星不同，“卡莫奧阿萊瓦”上沒有重力，它自轉(zhuǎn)很快，不到28分鐘就旋轉(zhuǎn)一周，這意味著“天問二號(hào)”要在茫茫太空中追上它，與其一道飛行，擇機(jī)附著取樣。樣本取回后，我國科學(xué)家將通過對(duì)樣本的研究和分析，徹底解答“卡莫奧阿萊瓦”與月球之間是否存在聯(lián)系的疑問，這是撞擊模型無法真正解決的問題。這次的小行星探測(cè)任務(wù)將是我國首次從行星際空間取回樣本，也將成為“天問三號(hào)”火星取樣返回重要環(huán)節(jié)的先期測(cè)試。

按照計(jì)劃，完成小行星采樣后，“天問二號(hào)”返回艙返回地球，主探測(cè)器則通過飛掠地球和火星獲得引力加速，前往位于火星和木星之間的主小行星帶，在那里造訪311P彗星。311P彗星是一顆“主帶彗星”，這是一個(gè)特別的彗星種類。通常，彗星都處于柯伊伯帶或者奧爾特云中，但主帶彗星則完全位于主小行星帶中，有著穩(wěn)定的軌道和典型的彗星特征。2013年8月27日，科學(xué)家通過泛星望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了311P彗星，它的直徑約為480米。為了實(shí)現(xiàn)近距離探測(cè)，“天問二號(hào)”的主探測(cè)器必須加速追上這顆彗星，然后與之共軌飛行。在這個(gè)過程中，“天問二號(hào)”行星際探測(cè)器對(duì)其噴發(fā)出來的物質(zhì)進(jìn)行分析，從而完成對(duì)這顆彗星的探測(cè)。至此，“天問二號(hào)”行星際探測(cè)器的探測(cè)任務(wù)才算全部完成。