科学家如何在小行星内部“看” 地平线杂志


仅四架航天器曾降落在一颗小行星上-最近一次是在2020年10月-但没有一架能窥见到其中一架。 然而,了解这些宇宙岩石的内部结构对于回答有关例如我们自己星球的起源的关键问题至关重要。

“小行星是我们太阳系中仅有的,自太阳系形成之初以来几乎没有变化的物体,”瑞士伯尔尼大学研究小行星动力学的法比奥·法拉利博士说。 “如果我们知道小行星内部是什么,我们可以了解很多有关行星的形成方式,太阳系中所有物质的形成方式以及将来可能发生的变化。”

然后,还有一些更实际的原因来了解小行星内部的事物,例如挖掘材料以促进人类对其他天体的探索,还可以防御与地球结合的岩石。

NASA即将在今年晚些时候发射的双小行星重定向测试(DART)任务将于2022年坠入直径160m的小行星月亮Dimorphos,目的是改变其轨道。 该实验将首次证明人类是否可以偏转潜在危险的小行星。

但是科学家对Dimorphos对撞击的反应只有粗略的想法,因为他们对这颗小行星及其母行星Didymos知之甚少。

为了更好地解决这些问题,科学家正在研究如何远程分辨小行星内部的内容并辨别其类型。

种类

有许多类型的小行星。 有些是坚固坚固的坚硬岩石块,有些是鹅卵石,巨石和沙子的聚集体,它们是许多轨道碰撞的产物,只有靠重力才能将它们结合在一起。 还有稀有的金属小行星,又重又密。

英国布里斯托大学(University of Bristol)行星科学研究员汉娜·苏索尼(Hannah Susorney)博士说:“要使密度更大的整体小行星偏转,就需要一个更大的航天器,并且需要更快地飞行。” “另一方面,仅是一小袋材料的小行星-我们称之为瓦砾堆-可以炸成数千块。 这些碎片本身可能会变得危险。

Susorney博士正在探索小行星的哪些表面特征可以揭示其内部结构,这是一个名为EROS的项目的一部分。

这些信息对于将来的太空采矿公司可能很有用,他们希望在投资进行昂贵的勘探任务之前,尽可能多地了解有前途的小行星,以及更多地了解潜在威胁。

她说:“有成千上万的近地小行星,它们的轨迹有一天可能与地球的轨迹相交。” “我们只拜访了其中的少数几个。 我们对绝大多数人几乎一无所知。”

在有史以来第四次降落在小行星上的过程中,Bennu被绘制成地图,这要归功于NASA OSIRIS-REx航天器收集的图像。 在小行星内部窥视是下一步的关键步骤。 图片来源-NASA / Goddard /亚利桑那大学

地形

Susorney博士正在尝试为两种研究最深入的小行星创建详细的地形模型-Itokawa(2005年日本Hay鸟1任务的目标)和Eros(由NEAR Shoemaker太空探测器在1990年代后期进行了详细映射)。

Susorney博士说:“表面形貌实际上可以告诉我们很多东西。” “如果您有一个像Itokawa这样的碎石小行星,它实际上只是一袋绒毛,那么您就不能指望那里有非常陡峭的斜坡。 除非得到支撑,否则沙子不能举成无限的坡度。 坚固的悬崖可以。 岩石整体小行星,例如爱神星(Eros),确实确实具有更明显的地形特征,更深更陡的陨石坑。

Susorney希望采用从航天器数据中获得的高分辨率模型,并在其中找到参数,然后将这些参数用于由地面雷达观测所创建的分辨率较低的小行星形状模型中。

她承认,分辨率的差异是相当大的。 ‘在高分辨率航天器模型中,距离地面雷达的测量距离可达数十米。 但是我们发现,例如,斜率分布给了我们一个提示。 多少小行星是平坦的,多少是陡峭的?”

Susorney博士的彩色地形图显示,岩石的整体小行星爱神星(Eros)比碎石堆小行星Itokawa(右)具有更陡峭的陨石坑。 图片来源-Hannah Susorney

Ferrari博士正在与准备DART任务的团队一起工作。 作为名为GRAINS的项目的一部分,他开发了一种工具,可以对Dimorphos的内部,撞击目标以及其他碎石堆小行星进行内部建模。

法拉利博士说:“我们认为Dimorphos是一块碎石堆,因为我们认为它是由主要小行星Didymos喷射出的物质形成的,当时它的旋转非常快。” “这种弹出的物质然后重新积聚并形成了月亮。 但是我们没有观察到它的内部。”

法拉利博士是一位受过教育的航空工程师,他从工程界借来了解决小行星问题的解决方案,该学科被称为颗粒动力学。

法拉利博士说:“在地球上,该技术可用于研究诸如打桩或涉及小颗粒的各种工业过程之类的问题。” “这是一个数值工具,可让我们对不同粒子(成分)之间的相互作用进行建模-在我们的案例中,是小行星内部的各种巨石和小卵石。”

自从太阳系形成以来,小行星是我们太阳系中唯一保持不变的物体。

瑞士伯尔尼大学Fabio Ferrari博士

瓦砾堆

研究人员正在对各种形状和大小,巨石和鹅卵石的各种成分,重力相互作用以及它们之间的摩擦进行建模。 他们可以运行数千个这样的模拟,然后将它们与已知小行星的表面数据进行比较,以了解瓦砾堆小行星的行为和组成。

法拉利博士说:“我们可以观察外部形状,研究表面的各种特征,并将其与我们的模拟进行比较。” 他说,例如,一些小行星的赤道隆起很明显,是指由于小行星旋转而出现的赤道周围的变厚。

在模拟中,某些内部结构的凸出可能比其他内部结构更突出。

Ferrari博士补充说,该工具首次可以与非球形元素一起使用,从而大大提高了精度。

他说,球的行为与有角物体的行为大不相同。

该模型表明,在Dimorphos的情况下,DART撞击会产生陨石坑,并从小行星的表面抛出很多物质。 但法拉利博士表示,仍然存在许多问题,尤其是火山口的大小。

陨石坑可能只有小十米,但也有一百米宽,占据了小行星的一半大小。 我们真的不知道,”法拉利博士说。 瓦砾堆是棘手的。 因为它们是如此松散,所以它们最好也吸收冲击力。”

无论在Dimorphos上发生什么,该实验都将提供大量的数据,以完善未来的仿真和模型。 我们可以看到小行星的行为是否符合我们的预期,并学习如何对生活在地球上的未来任务做出更准确的预测。

太阳系的小行星带包含可能由粘土和硅酸盐岩石组成的C型小行星,主要由金属铁组成的M型小行星和由硅酸盐材料和镍铁形成的S型小行星。 图片信用-Horizo​​n

本文中的研究是由欧盟资助的。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。



This article – “科学家如何在小行星内部“看” 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

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