贝努小行星的神秘粒子喷射事件，有了新的可能解释

来源：NASA爱好者

在这张图中，粒子流在1月6日从小行星贝努的表面喷射而出。图片的数据由NASA奥西里斯王号探测器上搭载的导航相机拍摄的两张图像结合而成，这两张图像分别是：一张短时曝光图像（曝光时间1.4毫秒），上面清楚地显示了贝努小行星；以及一张较长时间曝光的图像（曝光时间5秒），上面清晰地显示出了喷射粒子。除此之外，图像合成过程中还应用了其他的图像处理技术，例如大小裁剪以及每个图层亮度和对比度的调整。

图片来源：NASA /戈达德航天飞行中心/亚利桑那大学/洛克希德•马丁空间系统公司

就在美国航空航天局（NASA）的奥西里斯王号（全称为“太阳系起源-光谱解析-资源识别-安全保障-小行星风化层探索者”，Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer，OSIRIS-Rex）探测器抵达小行星贝努（Bennu）不久后，该任务的科学团队意外发现：这颗小行星可能是活跃的，或者说，正不断地将粒子喷射到太空之中。研究人员正在对贝努进行探索，而奥西里斯王号探测器返回地球时带回的小行星样本，也可能会阐明这种有趣现象的发生原因。

在奥西里斯王号探测器进入环绕贝努小行星第一处轨道的一周之后，探测器的导航相机（navigation cameras，NavCam）就在1月6日拍摄了一系列贝努的图像，研究团队在这些图像中第一次观察到了粒子喷射事件。乍看之下，这些粒子似乎是小行星背后的恒星，但仔细检查后，研究团队意识到其实是小行星正在从表面喷射物质。在得出结论认为这些粒子不会损害探测器的安全之后，奥西里斯王号任务开始专门观察粒子喷射现象，以完整记录贝努的这种表面活动。

来自亚利桑那大学（University of Arizona）的丹特•劳雷塔（Dante Lauretta）表示：“在贝努的许多意外发现中，粒子喷射现象激起了我们的好奇心，在过去的几个月中我们一直在研究这个谜团，这是一次绝佳的机会，能扩展我们对小行星行为方式的认识与理解。”劳雷塔是奥西里斯王号任务的首席研究员。

在对观测结果进行了深入的研究之后，任务团队于12月6日发表在《科学》（Science）杂志上的论文中公布了他们的发现。研究团队观测到的规模最大的三次粒子喷射事件，分别发生在1月6日、1月19日和2月11日，并得出结论说，这些事件的发生源头是贝努表面上不同的位置：第一次事件的发生源在南半球，第二和第三次事件则发生在赤道附近。此外，所有这三次事件均于傍晚时分发生在贝努星球上。

研究团队发现，这些粒子从小行星表面喷射出来之后，要么短暂地绕贝努运行然后落回贝努表面，要么逃逸离开小行星进入太空。观测到的粒子移动速度高达3米/秒，尺寸大小从不足2厘米到最大10厘米。在1月6日发生的规模最大的那次事件中，观测到了大约200个粒子。

上面的动画演示了1月19日从贝努表面喷出粒子的轨迹模拟。从小行星表面喷射出之后，这些粒子要么短暂绕贝努运行然后落回贝努表面，要么逃逸离开小行星进入太空。

动画来源：NASA /戈达德航天飞行中心/亚利桑那大学/ Lauretta & Hergenrother et al., Science 10.1126

研究团队分析了可能引发喷射事件的各种机制，最终将原因缩小到三种可能机制：流星体（meteoroid）撞击、热应力断裂（thermal stress fracturing），以及水蒸气释放。

流星体撞击在贝努周围的深空中很常见，这些小块的太空岩石可能会撞击到奥西里斯王号无法观测到的贝努区域，并用撞击的动量震击出一些松散的表面颗粒。

研究团队还认为，热应力断裂是另一个合理的解释。在4.3小时的自转过程中，贝努的表面温度发生了巨大的变化。尽管在不受阳光照射的夜间气温异常之低，但在接近傍晚（也就是三大粒子喷射事件发生时间）的时候，小行星的表面又会明显回暖。这种温度剧烈变化的结果是，贝努表面的岩石可能开始出现裂缝甚至完全裂开破碎，最终可能导致颗粒物从贝努表面喷射而出：这一循环被称为“热应力断裂”。

水分的释放也可以解释小行星的粒子喷射现象：当贝努的锁水粘土温度升高时，水分可能开始变成水蒸气并产生压力；当锁住水分的巨石裂缝和孔隙中积聚了足够大的压力，石块表面就可能振动不安，导致颗粒物喷射而出。

但是，自然现象并不总是用简单的机制就能解释得通的。研究论文的作者、来自加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）的高级研究科学家史蒂夫•切斯利（Steve Chesley）说：“或许有多种这样的可能机制共同在起作用，例如，热应力断裂可能会将小行星表面的材料裂碎成较小的块状物，使流星体撞击更容易将这些小石块撞向太空之中。”

如果实际上这些粒子喷射射事件的原因就是热应力断裂、流星体撞击或是两者兼而有之，那么这种现象很可能发生在所有小行星上，因为它们都在经历着这些过程。但是，如果水分释放才是造成这些喷发事件的原因，那么这种现象将发生在特定的、拥有含水矿物的小行星上，例如贝努。

一旦奥西里斯王号收集的样本返回地球被进一步研究，贝努的粒子喷射现象将给我们带来更多的契机。许多喷射出的小尺寸粒子能被探测器的采样器收集，这意味着到时候送回地球的样本中可能会包含一些被喷射出而又返回到贝努表面的物质。某些特定粒子在喷射后又返回贝努，能够确定这一事实可能是一项科学壮举，类似于在大海中捞到针头。不论如何，几乎可以肯定的是，从贝努送回地球的物质会增进我们对小行星的理解，它们有哪些相似或是不同之处；即使粒子喷射现象仍然是个无法解释的谜团，我们也将在返回地球的数据和样本材料中，进一步探寻其中的线索。

样本采集计划于2020年夏季进行，收集到的样本将于2023年9月返回地球。

奥西里斯王号任务的总体管理、系统工程以及安全保证由NASA的戈达德航天飞行中心（Goddard Space Flight Center）负责，中心位于马里兰州格林贝尔特。图森市亚利桑那大学的丹特•劳雷塔是奥西里斯王号任务的首席研究员，亚利桑那大学还领导着该任务的科学研究团队以及科学观测计划和数据处理过程。位于丹佛的洛克希德•马丁空间系统公司（Lockheed Martin Space Systems Company）制造了探测器，同时正在执行飞行运作。奥西里斯号探测器的导航由戈达德航天飞行中心和KinetX 航空航天公司（KinetX Aerospace）负责。奥西里斯号是NASA新疆界计划（New Frontiers Program）的第三项任务，该计划由位于阿拉巴马州汉茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center）管理，由NASA华盛顿科学任务理事会（Science Mission Directorate）负责。

参考来源：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/osiris-rex-explains-bennus-mysterious-particles