2025年4月20日,NASA露西号探测器以每小时约48000公里的速度掠过主带小行星Donaldjohanson,最近距离约1050公里。这次飞掠本是为探测器后续任务进行的"彩排"——它的真正目标是木星特洛伊小行星群——但传回的数据远比预期更有价值。
这颗直径约8公里的小行星呈花生形状:两个凸起的瓣体由一条窄颈相连。更奇特的是它的旋转方式。大多数小行星和行星都围绕单一轴线自转,而Donaldjohanson却同时沿两个轴翻滚——每10.5个地球日完成一次端对端翻转,同时以26.5天为周期沿长轴来回摆动。地面望远镜此前已观测到10.5天的亮度变化周期,但双轴旋转的细节直到露西号近距离飞掠才被发现。
科学家推测,两个瓣体是一次猛烈碰撞产生的碎片,之后在彼此引力作用下缓缓合为一体。这次碰撞发生在1.55亿年前,使得Donaldjohanson比贝努(Bennu)和龙宫(Ryugu)年轻得多——后两颗类似小行星形成于10亿至20亿年前。这三颗小行星被认为都源自主带中更大、富含碳和水的母体,但不同的年龄和轨道演化历程造就了各自不同的表面特征。
Donaldjohanson形成时的自转速度至少是现在的10倍。在过去2000万至6000万年间,一种称为YORP效应的机制逐渐减慢了它的自转。这个效应的原理是:阳光加热小行星不均匀的表面后,表面以红外辐射形式释放能量,辐射产生微小的反冲力。由于小行星形状不对称,这些力无法相互抵消,形成净力矩,从而改变自转速度。贝努和龙宫的情况恰好相反——它们被YORP效应加速,自转周期分别只有约4小时和7小时。
随着自转减速,离心力与引力之间的平衡发生了变化。松散的岩土物质沿斜坡滑落,填平了撞击坑,使表面呈现磨蚀外观——露西号的飞掠影像清晰地记录了这一特征。
探测器的红外光谱仪在表面检测到富铁粘土矿物。这类粘土只能在液态水参与下形成,说明Donaldjohanson的物质在遥远的过去曾短暂接触过水。但接触时间很短——铁质粘土在水长期存在时会被镁等元素替代,而Donaldjohanson的粘土仍保留着铁成分。相比之下,贝努和龙宫表面发现了富镁粘土,意味着它们的母体曾经历长达数百万年的水蚀作用。
水暴露历史的差异,加上年龄差距,可能说明这些小行星的母体在不同时期或太阳系不同区域形成,之后才迁移到主小行星带。
"将Donaldjohanson与贝努、龙宫这类看似相似的小行星进行比较对科学家很有帮助,因为每一个细微的差异都是我们起源故事的又一条线索,"西南研究所副首席研究员Simone Marchi说,"一旦我们开始深入了解特洛伊小行星——一群历史截然不同的太空岩石——我们对太阳系形成的理解注定会被挑战。"
这项研究于6月18日发表在《科学》(Science)杂志上。露西号的下一个目标是特洛伊小行星Eurybates,飞掠时间定在2027年8月12日。
