像Dimorphos和Selam这样奇怪的“西瓜形”小行星可能终于有了解释

大多数“小卫星”小行星的形状都像直立的足球，但Dimorphos（在美国国家航空航天局的DART航天器撞击之前）更像是一个压扁的球体。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局/约翰·霍普金斯大学APL）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Abha Jain）：微小小行星Dimorphos和Selam的不寻常形状多年来一直困扰着天文学家，但一项新的研究最终解释了它们是如何变得如此奇怪的。这也表明，这些形状奇特的“小卫星”可能比科学家想象的更常见。

双星小行星——本质上是地月系统的迷你版本的小行星对——在我们的宇宙邻居中很常见。其中包括美国国家航空航天局2022年双小行星重定向测试（DART）任务的Didymos Dimorphos二人组。先前的研究表明，这种双星小行星是由一堆碎石组成的“母”小行星（由松散的岩石组成）旋转得如此之快，以至于它失去了一些质量，这些质量合并成第二颗较小的卫星或“小卫星”小行星时形成的。

大多数小卫星小行星在围绕其典型的顶部形状的母星运行时，看起来像是直立的、钝头的足球；这种小卫星被描述为“长形”。但有些形状更奇怪。以Dimorphos为例，也就是说，在DART撞击它之前，它是一个“扁球体”——一个在两极被压扁并沿着腹部延伸的球体，就像一个西瓜。最近发现的小行星Dinkinesh（又名“Dinky”）的卫星Selam更为奇特，它由两个相连的岩石球体组成。

这些小卫星的奇怪形状让天文学家感到困惑，其中包括瑞士伯尔尼大学的研究生、这项新研究的主要作者约翰·维马尔松。他通过电子邮件告诉《生活科学》杂志：“我们以前从未见过这样的小行星卫星，传统的双星小行星形成模型无法直接解释它们。”。

为了了解小行星的奇怪形状，Wimarsson和他的同事——来自欧洲和美国的大学——开发了两套详细的计算机模型。第一组模拟了母小行星在快速旋转并抛出碎片时的形状变化。第二组假设碎片在母小行星周围形成了一个甜甜圈形状的区域，称为碎片盘。然后，这些算法跟踪了所有碎片的运动，因为它们经历了彼此和母体的引力拉扯，并碰撞形成聚集体。研究人员还考虑了两种母小行星，在大小和密度上类似于“橡皮鸭”Ryugu和Didymos。

7月20日在线发表在《伊卡洛斯》杂志上的研究结果表明，有两个主要因素决定了小卫星小行星的最终形状：母星施加的引力，以及小卫星与碎片盘中其他岩石物体碰撞的性质。

然而，其他参数决定了这些因素中哪一个起着更大的作用。一个参数是母小行星的密度。像Didymos这样密度较大的小行星比像Ryugu这样的较轻小行星旋转得更快，产生了更宽的碎片盘，这反过来又导致小卫星在离母星更远的地方形成。

这张照片显示了美国国家航空航天局的露西号航天器看到的奇怪卫星Selam从小行星Dinkinesh后面出现时的“月亮升起”。（图片来源：uux.cn/NASA/Goddard/SwRI/Johns Hopkins APL/NOIRLab）

研究人员发现，与母体相距一定距离的卫星通常会形成长形。在这个被称为罗氏极限的距离上，母星的引力平衡了小卫星小行星的内力，通过与其他碎片碰撞和融合，在小卫星缓慢生长时保持其形状。

另一方面，在罗氏极限之外形成的小卫星小行星会形成扁圆形状，因为它们超出了母小行星的引力控制。当它们与其他共轨岩石碎片碰撞时，它们比长形碎片生长得更均匀。尽管如此，大多数扁圆小行星的形成都远低于罗氏极限；太近会导致小卫星被母小行星的引力撕裂，使它们失去细长的形状。这种小卫星在与其他前体小卫星碰撞后更有可能形成扁球体。

两个前体小卫星碰撞的角度对于确定最终形状也很重要。根据Wimarsson的说法，如果两颗小行星并排碰撞，使它们沿着短轴对齐，那么最终的形状会更扁。他补充道：“另一方面，如果我们将它们边对边合并，使它们的最长轴对齐，这会产生一个双叶状物体，”类似于小卫星Selam。

该团队的发现不仅限于为Dimorphos和Selam的形状提供食谱。考虑到他们近一半的模拟产生了形状异常的小行星，研究人员认为，这种奇怪的情况可能比以前估计的更常见。但由于目前用于研究小行星的技术偏向于发现扁圆小行星，因此它们经常被错过。