太陽系內那點事 黎明號在穀神星和灶神星的發現，小行星帶最大的兩個天體！

大家好,我是斯文 關於太陽系,有件事很少有人知道 其實在1845年的時候 我們的太陽系曾經一度被認爲有11顆行星 除了水星到天王星這原始的7顆行星之外 還有4個 分別是1801年發現的古神星 1802年發現的質神星 1804年發現的葷神星 和1807年發現的造神星 我們現在知道這4個都是小行星 但是當時這4個小行星都被歸類爲了行星 有人說怎麼沒有海王星 海王星當時還沒有發現 但是隨着越來越多的這種小天體被發現 人們才意識到這種分類不合理 它們不可能都被列爲行星 首先它們太小了 比已知的行星要小很多很多 其次它們的軌道很不穩定 跟正常行星的軌道不一樣 而且數量太多了 到目前爲止 我們在太陽系內發現的小行星總數 接近150萬顆 所以在1802年的時候 發現天王星的天文學家威廉·赫歇爾就提出 應該用小行星給它們命名 但是幾百年來對於我們來說 這些小行星只是一個模糊的天體 我們從來沒有近距離地觀察過這些小行星 直到2011年 NASA的黎明號探測器 才首次帶我們近距離觀察了其中的兩顆 穀神星和造神星 黎明號探測器是2007年9月27號發射的 它利用了火星的引力 花了四年的時間 在2011年纔到達了造神星軌道 黎明號在利用了火星引力的情況下 還花了四年時間纔到 爲什麼會這麼慢呢 並不是黎明號的技術落後 而是它用了一種非常節能 很適合在太空做長途任務的發動機 就是離子發動機 離子發動機在這之前 1998年的時候 NASA在升空一號探測器上就已經用過了 但是黎明號這次是把這項技術推到了一個新高度 跟傳統化學火箭靠燃料來產生推力不同 離子推進器是用電把惰性的氙氣電離之後 就能產生加速度了 這些被電離的氣體粒子 會以每小時15萬公里的速度噴出 推動航天器向反方向運動 由於電離氣體消耗的非常慢 畢竟黎明號能產生的電力也有限 所以能產生的加速度就非常小 黎明號從零加速到每小時100公里 需要整整四天的時間 但優點就是可以連續不斷的點火 幾個月甚至是幾年 而且只要讓它經過一段時間的積累之後 它也能獲得很快的速度 它在前往火星的路上 有85%的時間都在點火推進 只消耗了72公斤的氙氣 它的速度就超過了每秒1.8公里 而如果用傳統的化學燃料推進的話 可能需要幾噸的燃料才能辦到 這就是離子推進技術厲害的地方 讓黎明號成爲了第一個 靠的就是這種長續航的推進方式 2011年7月16號 黎明號進入了造星星軌道 並傳回了第一批圖像 我們在望遠鏡裏看了兩個世紀的小行星 離近了看 竟然像一個土豆 形狀很不規則 天文學裏有個概念叫流體靜力平衡 是我們用來區分小行星 矮行星和行星的一個標準 意思就是說 一個天體如果質量足夠大 引力足夠強 那它內部的壓力 剛好能抵消自身引力產生的坍縮趨勢 那它就會處於流體靜力平衡的狀態 達到這種狀態之後 天體的形狀就會接近球形 比方說我們太陽系的八大行星 它們的質量都足夠大 引力也足夠強 所以它們都是接近球形的 那反觀造星星 它的體積和引力都太小了 沒辦法達到流體靜力平衡 它的平均直徑只有525公里 連月球的六分之一都不到 表面積大概只有巴基斯坦那麼大 沒辦法把自己塑造成球形 但即使是這樣 造星星的質量和體積 仍然是小行星帶中 僅次於古神星的第二大天體 它的質量佔小行星帶總質量的9% 除了因爲體積太小 沒有辦法形成球體之外 造星星有這樣的形狀 還有一個原因 就是十多億年前 它先後受到了兩次非常大的隕石撞擊 在它的南半球 留下了兩個非常大的隕石坑 一個是寬約400公里的維納尼亞盆地 這個盆地是早些時候形成的 另一個是寬約500公里的 雷亞希爾維亞盆地 這個盆地是在維納尼亞盆地之後形成的 也是造星星上最大的隕石坑 它的中央還隆起了一座 高達19到22公里的山峯 這座山曾經一度被認爲 超過了火星的奧林帕斯山 是太陽系最高的山 但是後來林明浩在測量中發現 這座山的高度取決於參考的基準面 如果是從坑底最低點算起的話 那它確實比火星的奧林帕斯山要高 但如果要是從造星星整體的表面來看的話 它是沒有奧林帕斯山高的 但火星跟它不一樣 火星是有完整的球形基準面的 所以綜合來看的話 大家覺得還是火星的奧林帕斯山要高一些 那有一點大家應該想不到 就是我們在地球上發現的很多隕石 根據科學家的估算 造星星南極的這兩次撞擊 大約挖掉了它1%的體積 聽起來不多是吧 但其實相當於整個小行星的一大片地殼 直接被砸沒了 而噴出來的這些碎片 不僅是充斥在小行星帶裏 有一部分還變成了隕石 落到了地球上 這部分碎片我們叫它V型小行星 V型小行星來到地球變成隕石之後 我們叫它HED隕石 地球上有大約5%的隕石都是HED隕石 也就是說這些隕石都來自造星星 就像我們上期視頻中說的火星隕石一樣 那我們是怎麼知道這些隕石來自造星星呢 因爲這些小行星的光譜特徵 和造星星表面的光譜特徵高度一致 所以幾乎可以確認 它們就是造星星在早期撞擊時噴出的碎片 這次撞擊不僅規模很大 深度也很驚人 哈勃望遠鏡的光譜數據顯示 在撞擊坑的坑底檢測到了橄欖石的光譜特徵 這是地幔的典型標誌 也就是說這兩次撞擊 直接是穿透了造星星的地殼直達地幔 可能把地幔的物質直接帶出來了 甚至有一些可能已經落到地球上了 這對於科學家研究造星星是怎麼形成的非常重要 因爲從黎明號收集到的數據來看 造星星在太陽系列非常特殊 它可能是整個太陽系列 唯一一個倖存的岩石之原形星 是一顆沒有進化完的行星胚胎 按照現代的行星形成理論來說 太陽系在早期剛形成的時候 無數的塵埃在原始行星盤中聚集 形成了成千上萬個微行星 然後這些微行星不斷的撞擊融合 最終形成了像地球火星這樣的行星 那造星星曾經也是奔着成爲一顆行星去的 它早在45年前就已經形成了 那個時候它也有熔融的地幔 也有火焰的地質活動 甚至都形成了金屬內核 所以從結構上來說 它一度非常接近我們矮行星的標準 就像古神星和冥王星一樣 但是就在大約11年前 連續兩次毀滅性的撞擊 破壞了它原本接近球形的外殼結構 讓它達不到流體精力平衡了 那從那以後 它就再也沒有機會成長爲一顆完整的行星 或者矮行星了 最後就凝固成了今天這個樣子 不過即使到了今天 科學家也還是覺得 它的內部有一個直徑 大約是220公里的鐵核 就是跟水星、金星、地球 還有火星這種岩石行星的類似結構 只不過它的核心已經死掉了 不過也有人覺得 造神星之所以沒能成爲一顆行星 也可能是因爲木星 因爲小行星帶在火星和木星之間 木星在形成的時候 搶走了原本可能聚集在造神星上的大量物質 甚至還攪亂了造神星周圍的整個環境 讓它從一開始就沒機會成爲一顆行星 造神星上最年輕的隕石坑 叫馬西亞隕石坑 它的直徑大約是70公里 黎明號在它的坑底 發現了一種很奇特的地方 叫坑狀地形 這種地形之前只在火星上見過 有無數個密密麻麻的小坑 科學家覺得這些小坑 可能是因爲隕石撞擊之後 隕石中的水分被瞬間加熱蒸發 在表面炸出來的這一個一個的小坑 那這個馬西亞隕石坑 其實還屬於雪人隕石坑的一部分 這個雪人隕石坑在造神星上 是由三個大小不同的隕石坑 首尾相連組成的 形狀就像是一個雪人 而馬西亞隕石坑 就是雪人隕石坑最下面的這部分 還有造神星赤道的大部分地區 有很多平行的溝槽 或者說峽谷 那最大的一個溝槽叫戴瓦利亞溝槽 長達465公里 寬約20公里 別看造神星體積不大 只有月球的七分之一 但這個溝槽比美國的大峽谷還要大很多 另一條比較大的溝槽 在它的北半球 叫農神溝槽 它的長度大約370公里 寬約40公里 這些溝槽都已經被列入了 太陽系最長峽谷的列邊 黎明號在造神星只停留了一年左右 2012年9月 黎明號離開了造神星的軌道 飛向了它的下一個目標 古神星 在這之前 我們對古神星的瞭解很少 就連哈勃太空望遠鏡拍出來的照片 也是這樣模糊的 所以科學家對於古神星的期待是非常高的 唯一擔心的是黎明號的電力也不多了 不知道它能不能堅持到任務結束 2015年3月6號 在飛行了兩年多之後 黎明號成功進入了古神星軌道 隨着黎明號的靠近 我們獲得的古神星圖像的分辨率也越來越高了 古神星表面的特徵也慢慢的都能看清了 但吸引大家注意的是古神星表面的一個白點 最開始看上去就只是一個白點 後來離近一點後發現是兩個 再後來發現原來是一片白點 那這些白點是什麼呢 爲什麼會這麼亮呢 難道會是冰嗎 而且除了這些白點之外 我們發現古神星上的隕石空數量 其實比預期的要少很多 這就說明它可能還有地質活動 那實際上古神星也確實是我們在小行星代裏 發現的最特殊的一個 首先它是我們在小行星代裏發現的最大的天體 它的指甲是940公里 大約是月球指甲的四分之一 這個大小在小行星代裏是非常罕見的 所以它現在已經被我們歸類爲了矮行星 它也是小行星代裏唯一一個被歸類爲矮行星的天體 因爲它的大小 它的引力能讓它自己形成一個球體 其次大多數小行星 像造神星這種的都跟石頭沒什麼區別 非常乾燥 但是古神星從密度來看 它含有大量的水 它的成分其實更接近會形 它雖然表面是岩石 但其實有很多的孔 水都被鎖在了這些孔裏 它地表裏岩石和水的比例 大約是90%的岩石加10%的水 而在地殼下面是一層泥狀的地幔 而且它的內核也是水和鹽還有黏土混合成的 也就是說它像一個凍着的泥球 當然也有人覺得 古神星的內核要小一些硬一些 但不管是哪種觀點 有一點是可以肯定的 就是古神星含有大量的水 含水量佔了它總體積的50% 那這些白點其實就是冰火山 但它噴的不是岩漿 而是巖水混合物 還有氨和其他的一些會發性物質 這個是古神星上最大的白點 叫做五號亮板 是一個真實存在的冰火山口 就在奧卡託運時空的中心 科學家利用黎明號探測器的數據 構建出了它的三維模型 因爲古神星上的水含有大量的鹽分 所以當冰火山噴發出來的水昇華後 鹽就會殘留在表面 留下這些發亮的鹽殼 不過這些鹽板並不是永久存在的 在太陽風和宇宙輻射的影響下 它們會逐漸變暗 所以古神星上很可能有過很多古老的冰火山 只不過現在我們看不到了 而目前我們能看到這些冰火山 除了冰火山 黎明號還在古神星的其他地方發現了水 因爲古神星的自轉軸傾角非常小 只有大約四度 幾乎是垂直的 所以它兩極的一些隕石坑永遠見不到陽光 在這些隕石坑的坑底 水冰不會受到太陽光的指射 所以幾乎就不會升華 這個情況跟月球很像 月球兩極也有一些常年見不到陽光的隕石坑 這些隕石坑裏的水冰 可能已經保存了幾十億年 可能會成爲未來人類在太空裏開採水資源的寶地 古神星上有一座特別明顯的山 叫阿胡納山 這座山寬約20公里 平均高度4公里 最高點能達到5公里 是古神星上最高的山 也是迄今爲止發現的離太陽最近的冰火山 它的位置就在古神星最大的隕石坑旁邊 也就是它旁邊這個叫科爾萬盆地 它的直徑大約是284公里 這座山獨特的地方在於 它周圍除了這個隕石坑之外全是平原 只有它一座山立在這 所以說你看不出它有什麼明顯的形成原因 如果說古神星上還有其他類似的山 那這也不奇怪 可能是某種全球性的地質活動形成的 但偏偏整個古神星上這種山就它一座 所以目前最合理的猜測是 它的形成可能跟它對面的一次撞擊有關 就是它對面發生了撞擊 然後撞擊產生的地震波 在古神星內部傳到了它這 地殼被頂起來之後就形成了阿胡納山 那目前來看 阿胡納山可能是奧卡託隕石坑 產生的地震波形成的 雖然它們並不是完全在彼此的對面 但是科學家覺得這種規模的隕石撞擊 是可以引發全球性地震波的 最後導致這種山的形成 2018年10月31號 黎明號的推進劑用完了 它再也沒法向地球發送數據了 不過好在黎明號在失聯之前 完成了所有任務 它的表現已經是超出NASA的預期了 爲了紀念這次任務 黎明號被留在了古神星一條穩定的軌道上 預計它會在這條軌道上至少漂浮20年 黎明號的任務 不僅給我們帶來了很多寶貴的數據 也推動了離子推進技術的發展 現在很多任務都在使用這項技術 比如SpaceX的星鏈衛星 中國的天空空間站 歐洲航天局正在飛往水行的貝皮科倫布號探測器 還有NASA的小行星裝機任務 都在使用這項技術 黎明號如今雖然已經退役了 但是由它開啓的探索故事纔剛剛開始