科学家发现妊神星拥有光环结构 至少有两颗卫星

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发布日期:2017年10月24日 所属分类:天文

《自然》杂志相关论文,科学家们近期发现了妊神星的光环。

据新浪科技编译外媒文章,妊神星是目前已知的4颗海外矮行星之一,所谓“海外”意思是其公转轨道位于海王星轨道外侧。这是一颗呈拉长形状,且快速自转的天体。并且相比其他矮行星,这颗天体的大小,形状,表面反照率和密度等信息都尚未被较为精确的测定。半人马小天体Chariklo则是除了太阳系的巨行星之外,第一个被发现拥有光环的天体,后来,另一颗半人马小天体喀戎(Chiron)也被发现存在类似的光环结构。

科学家发现妊神星拥有光环结构 至少有两颗卫星

在这张艺术示意图中看起来,妊神星加上它周围最新发现的光环的样子真的挺像是在水面上打水漂的石块。

今年早些时候,妊神星从一颗遥远的恒星面前经过,趁此机会,科学家们对其进行了掩星观测,改进了对这颗矮行星形状与大小的测量精度。在此次观测中,科学家们还有一个意外的发现,那就是这颗小天体似乎也拥有一个光环结构,该光环透明度大约0.5,光环本身宽度约70公里,整体半径大约2287公里,光环的角度与妊神星赤道平面以及它的小卫星Hi'iaka的轨道平面几乎一致。

妊神星的运行轨道与冥王星很相似,同样具有较高的偏心率,这也就意味着它的轨道比较“扁”,会在运行过程中穿越其他行星的公转轨道。也与冥王星一样,妊神星也有卫星,并且至少有两颗。目前科学家们已经确认的两颗卫星分别命名为Hi'iaka 和Namaka。

科学家发现妊神星拥有光环结构 至少有两颗卫星

这是妊神星的老版本艺术示意图,可以看到它并没有描绘出它周围的光环,但是之前已经被观察到的,在其地表的一个暗红色区域被表现了出来。

与地球这样的接近正球体的形状不同,由于引力较小,妊神星在一个方向上的长度要比另一个方向上长出两倍,因此从外表看,这颗小天体更像一颗拉长的鹅卵石,而不是一颗天体。科学家们猜想妊神星的这种独特形状或许与它的高速自转有关系。妊神星上的一天只有4个小时,这使其成为目前太阳系内自转速度最快的较大型天体。

宇宙连线

2017年1月21日,科学家们获得了一个观测妊神星的绝好机会。就在这一天,妊神星会从一颗遥远的恒星URAT1 533-182543前方经过。欧洲的科学家们对这一事件进行了详细观测。相关研究论文的合著者之一,西班牙安达卢西亚天体物理学研究所的天体物理学家帕布洛·桑托斯-桑兹(Pablo Santos Sanz)对媒体表示:“尽管掩星事件是比较常见的,但是要想精确预测这类事件发生的时间和最佳观测位置是比较少的。”

桑托斯-桑兹的研究小组协调了10个实验室的12台望远镜,从不同地点观测此次妊神星的掩星事件,从而更好地测定其大小与形状。观测结果显示,妊神星的长轴长度至少2300公里,比原先估算的数值超过17%。

更加精确的测量数据让科学家们得以更好地估算这颗小天体的其他很多性质,包括其立体形态和体积。再加上根据其周围卫星的运动特征,我们可以估算其质量数值,而一旦获得质量和体积数据,我们便可以计算这颗小天体的密度数字。结果显示其密度低于原先预期,而与其他柯伊伯带天体,比如冥王星的密度数据更为接近。

但最新的测量数据也可能让妊神星的矮行星地位变得岌岌可危。尽管很多行星与矮行星也并非完美的球形,比如说地球就是一个赤道略鼓,两极稍扁的球体。但至少它们都是接近正圆的球体,而妊神星则明显偏离了球体形状,而一些质量更小的小天体,它们的外观则更加不规则。但是,形成近似球形的外观对于妊神星非常重要,因为这是定义矮行星的一条重要原则,然而最新的观测似乎表明妊神星的外观并不十分符合天文学家们对于矮行星的要求。

桑托斯-桑兹表示:“我不知道这样的结果是否会改变矮行星的定义原则。我觉得或许答案是肯定的,但或许这中间会需要一些时间。”

但这都不算什么,最令科学家们感到惊讶的是,他们发现妊神星拥有自己的光环系统。

在1月21日晚间,桑托斯-桑兹和同事们对妊神星进行了观测。他说:“我们在光变曲线中看到了一些不同寻常的东西。”恒星的亮度在妊神星正式掩星之前和掩星之后出现了轻微的下降,似乎表明那里有其他物体在遮掩恒星光芒。他说:“我们很快意识到,它周围可能存在光环。”在随后的几个月里进行的细致观测证实了研究组最初的直觉:研究结果证实,妊神星赤道平面上存在一个宽度大约70公里的碎屑物光环,光环高度距离妊神星地表大约1000公里。

美国耶鲁大学天文学家大卫·拉比诺维茨(David Rabinowitz)本人并未参与这项研究,他在接受媒体采访时提到:“光环实际上是提示最近发生的撞击事件的线索。”当然,这里说的最近不是昨天或者前天,在拉比诺维茨看来,这应该是数亿年到10亿年之间的时间概念。他认为,妊神星周围发现光环这件事让这颗矮行星变得更加引人注目了。

串联线索

妊神星不同寻常的那些特征——它的光环,卫星,还有特殊的外形之间可能是内在联系的。在2007年,美国加州理工学院的一组科学家对妊神星及其两颗小卫星:妊卫一(Hi'iaka)以及妊卫二(Namaka)的轨道进行测定,除此之外还对一些成分与妊神星相似,同样也以高水冰含量为特征的一部分柯伊伯带天体进行了研究。数学模型研究结果表明,这些小天体可能最初都来源于当时比现在大得多的妊神星与一颗大型柯伊伯带天体的碰撞事件,那次碰撞事件产生了大量碎块,有一部分碎块脱离了妊神星的引力范围,开始围绕太阳公转,有两个碎块则围绕变得更小的妊神星公转,成为其两颗小卫星,其余更小的碎块和尘埃颗粒则逐渐形成了妊神星的光环结构。

不过,关于这些小天体的成因,桑托斯-桑兹和拉比诺维茨都警告说不要过早的在这个问题上得出结论。桑托斯表示:“这还只是一种理论,并非定论。”妊神星并非迄今已知拥有光环的最小天体。在2013年,天文学家在直径仅有302公里的的小行星“Chariklo”周围发现了光环。随后在2015年,研究人员又宣布在另一颗相似的小天体“喀戎”(Chiron)周围发现了疑似光环的迹象。科学家们认为,这两颗同属于半人马群的小天体可能都是从柯伊伯带中散落出来的,这表明这类小天体周围存在光环系统的概率可能要比科学家们原先设想的更高一些。

桑托斯-桑兹表示:“我非常确信,在未来五年内,我们将会发现更多光环的案例。”他说:“我想,最令人兴奋是一点就是,我们现在才刚刚开始了解小天体周围的光环现象。因此这方面还有很多东西是我们所不了解的,但是,随着每一个新发现的到来,我们正不断取得进步。”

weinxin
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