如何构建一个柯伊伯带天体：阿罗科斯天体的双瓣分别形成，再缓缓的聚在一起

内容简介：2019年1月1日，新视野号探测器飞越柯伊伯带天体——“天涯海角”。一年后，科学家们通过其传回来的数据发表了三篇论文，告诉我们天体表面呈现红色是因为甲醇，以及陨石坑的情况，两个部分是如何结合到一起的。

2019年1月1日，在穿越冥王星的三年半之后，新视野号飞船飞掠了在当时被称为2014 MU69的柯伊伯带天体。在他们相遇之前，我们仅对这个柯伊伯天体有一点了解，比如说，它绕着太阳以66亿公里为半径的轨道做圆周运动，还有它是一个双星系统或者是一个双叶的物体，这两个天体可能是像彗星67P一样连接在一起。

但是后来新视野号航行从距该天体仅3500公里处飞过，在新视野号航行了60亿公里之后，我们知道了关于这个柯伊伯天体更多的事情。

现在，一年之后，在检测了从漆黑太空中发送回来的大量数据之后，科学家发表了三篇论文，研究这个现在被称为“阿罗科斯”的天体。他们的发现可以被简洁的概括起来，但是好像又有些过于简单：它的颜色是那种极端的红色；它的表面非常光滑几乎没有陨石坑；还有也许是最重要的，它可能是由两个分开的天体缓慢地合并而成。（译者注：“阿罗科斯”一词源于美洲原住民波瓦坦人所使用的阿尔贡金语，被译为“天空”）

让我们来按顺序讲这些事情。

在海王星以外，也就是我们所说的柯伊伯带，很多天体是红色的。在很多情况下，这是因为他们被名为“托林”的有机物质所覆盖，所以略带红色。但是这次，研究人员运用光谱，将光照分解成各种颜色，用以识别特定的化学物质。他们发现，在阿罗科斯天体的表面几乎没有水，而是有很多的…甲醇，对，就是那种你不能喝的酒精。

这里有两种可能的解释。一种是在它的表面有很多一氧化碳（CO）冰，随着时间的流逝，这些冰与氢气混合形成甲醇。这种解释是有可能的，但是更可能的途径是，它的表面上曾经有甲烷和水冰，并在宇宙射线的持续轰击下（亚原子粒子以接近光速的速度快速移动）将他们转化为甲醇。这样可以解释为什么会缺少水。

甲醇再加上一些其它的尚无法识别的分子，就是阿罗科斯天体这么红的原因。其他柯伊伯带天体（KBOs）的光谱显示出他们也缺少水冰，所以这可能是它们的一个共同特征。

阿罗科斯天体的彩色图像显示出它非常红且光滑。在较小的瓣上可以看到最大的陨石坑-马里兰（Maryland）

其表面本身也告诉了我们很多关于阿罗科斯的过去。它有一个相当大的陨石坑，叫做马里兰（马里兰州是美国的一个州，新视野号探测器由该州的约翰霍普金斯大学应用物理实验室所控制），这个陨石坑宽约7公里。所有其他可观测到的陨石坑直径都小于或等于1公里，而且这些陨石坑外表面都非常光滑。

没有很多陨石坑是意料之中的事。很久以前，当太阳系还年轻时，一些气体、尘埃和碎片绕着太阳旋转。当海王星形成时，它冲进了这些垃圾并将他们从太阳附近移动到了距太阳45亿公里的地方，使这些碎块散落在椭圆形和倾斜的运动轨道上。但在更远的地方，距离太阳60至80亿公里处，情况平静得多。那里的物质更倾向于在圆形轨道的平面上运行。

因此冥王星虽然更靠近太阳且在倾斜的轨道上运转，却会受到其他天体的撞击，而阿罗科斯天体则可以幸免于此。考虑到那里物质的数量和其表面上陨石坑的密度（陨石坑的数量除以阿罗科斯天体的表面积），行星科学家可以告诉我们这个表面非常古老，至少有40亿年的历史，这也在预料之中。然而冥王星足够大，所以非常有活力，有时会从内部喷涌出物质，重新铺满星球表面并掩盖住陨石坑，但阿罗科斯天体不是这样。你可以观察到这一点，由于太阳系还非常年轻，所以阿罗科斯天体表面还没有明显变化。

但是显而易见的是，阿罗科斯天体的形状诡异，就像一个被人踩过的花生。它有两瓣，其中一瓣的体积是另一瓣的两倍，并且它们处于同一个平面。最初，人们认为他们“真的”很平，但新视野号发回的更完善的数据表明，他们并没有那么平。

较大一瓣的大小为20.6x19.9x9.4千米，较小的一瓣为15.4x13.8x9.8千米。较小的一瓣事实上要比较大的一瓣厚一点。整个阿罗科斯天体的总长度为36千米。

这两瓣之间有一个细颈连接，这很重要。没有迹象表明这个颈部受压，就像你曾经可能会以为，这两瓣会不会是分别形成，并受到过相当大的挤压。但这意味着，他们彼此之间接触得非常温和，也许仅几米每秒。

三种形成阿罗科斯天体双瓣结构的碰撞模型：过快的速度在过于尖锐的角度，且两瓣没有融合在一起（左）；过快的速度（5米每秒）在一个低角度，且颈部结构实际并不可见（中）；非常慢的速度（低于3米每秒）产生的观察到的结构（右）。

科学家们运行了一系列计算模型，从两个大小不同的物体开始，让它们以不同的速度和角度撞击。撞击的速度太高会导致很多材料被切掉，两个物体无法保持在一起。在较低的速度下（大约5米每秒，这个速度大约是在慢跑和冲刺跑之间），两个物体可以连在一起，但颈部太粗，而且周围物质的掉落会扭曲整体的形状。

但是在较低的速度（3m/s）和一个非常倾斜的80°角（正面为0°，掠过的掠面为90°），得到的模型结果与其真实的形状相匹配。对于在不同的地方形成并在撞击后合并在一起的两个物体来说，这是非常不可能的。相反，这也暗示着，这两个物体作为一个双星结构同时形成并最终合并在一起。

这种想法是，这两个截然不同但彼此靠近的天体在轨道上运行时，在一团卵石中相互合并在一起（这些石头的大小由几毫米到几分米不等）。在它们的周围仍有很多尘土和气体，而这其中的拉力会使它们盘旋在一起，直到它们亲吻彼此，成为同一个天体。

有趣的是，它们的几何形状是对齐的。它们这样连接在一起，以至于它们平坦的侧面处于相同的方向（可以看作两瓣的赤道对着赤道）。随着时间的推移，当它们还在相互环绕时，这种情况就有可能发生。它们彼此之间的引力潮汐会最终将他们对齐。由于它们边旋转边成型，它们可能一开始就是扁平的，离心力在它们旋转时沿其赤道将更多的材料扔出去。当它们合并时也保持着整体的旋转。

所有这些都表明，它们是一起形成，并慢慢合并在一起的。对于阿罗科斯天体所处的柯伊伯带的观察表明，很大一部分天体都是双瓣或者双星结构的，所以关于阿罗科斯天体如何形成这种结构的发现也可以拓展到这些其他天体上。

很好！观察一个天体，然后知道关于这个整体更多的事情。

当然，我们必须要小心，因为这只是单一的一个对象，所以你不能疯狂地推测出所有其他的事情。但这很刺激，而且关于这一切的物理原理都简单易懂。

在我们更近距离地检查更多的事情之前，我们无法得出结论。好消息是，新视野号的任务至少已经被延长至2021年，也就是说如果可以找到一个合适的天体，它还可以进行另一次近距离的飞行。所以请持续关注。这个小小的任务还没有完成。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

translate: 仝囧囧

author: Phil Plait

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