新的研究表明，灶神星并不完全符合小行星或行星的條件。這些發現挑戰了關于早期太陽系中行星和小行星如何形成的長期觀點。了解灶神星的歷史可以為地球早期的面貌提供新的線索——這些信息可以影響未來的地球科學研究。

灶神星曾被認為是一顆微型行星，但它可能根本沒有核心。新數據表明，它要么是一顆尚未完全形成的行星，要么是另一顆正在形成行星的碎片。這一意外的轉變挑戰了科學家們對這顆太陽系最大小行星之一的所有認知。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/UCAL/MPS/DLR/IDA

多年來，科學家們一直認為，灶神星——小行星帶中最大的天體之一——不僅僅是一顆小行星。根據早期數據，他們得出結論，灶神星擁有地殼、地幔和地核，這些都是行星的關鍵特征。

天文學家研究灶神星是為了更好地了解早期行星是如何形成的，并深入了解地球在其早期階段的樣子。

現在，由美國國家航空航天局噴氣推進實驗室（JPL ）牽頭、密歇根州立大學參與開展的新研究對這一觀點提出了挑戰。

這項研究發表在《自然天文學》雜志上，揭示了灶神星的內部結構比此前認為的更加均勻，缺乏原行星所應有的清晰層級。這一發現令科學家們感到震驚，他們長期以來一直認為灶神星只是一顆行星的構成要素，尚未發展成為一顆成熟的行星。

“沒有核心非常令人驚訝，”密歇根州立大學地球與環境科學助理教授、論文合著者塞思·雅各布森說。“這是一種非常不同的解讀灶神星的方式。”

關于灶神星的兩個新假設

那么灶神星到底是什么呢？研究小組提出了兩種可能的解釋，每一種都需要進一步研究。

第一種可能性是，灶神星經歷了不完全分化，這意味著它啟動了形成小行星不同層面（例如核心、地幔和地殼）所需的熔融過程，但這一過程從未完成。第二種可能性是雅各布森多年前在一次天文學會議上提出的理論——灶神星是太陽系中一顆正在發育的行星上的一塊碎片。

在會議上，雅各布森希望其他研究人員考慮這樣一種可能性：一些隕石可能是行星形成時期碰撞產生的碎片。他建議將灶神星也考慮進去，但并未真正考慮過這種可能性。

雅各布森說：“通過對美國宇航局黎明號任務數據的重新分析，這個想法從一個有點愚蠢的建議變成了一個我們現在認真對待的假設。”

大多數小行星由非常古老的球粒隕石構成，看起來像宇宙沉積礫石。相比之下，灶神星的表面覆蓋著火山玄武巖。這些巖石向科學家表明，灶神星經歷了一個被稱為行星分異的熔融過程，在這個過程中，金屬下沉到中心并形成核心。

美國宇航局于2007年發射了“黎明”號航天器，用于研究小行星帶中最大的兩個天體——灶神星和谷神星。其目標是更好地了解行星是如何形成的。

2011年至2012年，“黎明號”探測器繞灶神星運行數月，測量其重力場，并拍攝高分辨率圖像，最終繪制出其表面的精細地圖。在谷神星執行類似任務后，“黎明號”于2018年完成任務，并發表了基于數據的研究成果。

雅各布森表示，研究人員使用的數據越多，他們處理數據的能力就越強。他們找到了更精確校準測量數據的方法，從而更好地了解灶神星的構成。正因如此，噴氣推進實驗室的高級研究員兼首席工程師瑞安·帕克和他的團隊決定重新處理灶神星的測量數據。

復雜內部結構揭曉

“多年來，‘黎明號’對灶神星的觀測數據相互矛盾，造成了諸多謎團，”帕克說道。“經過近十年的校準和處理技術改進，我們終于在‘黎明號’的深空網絡輻射數據和機載圖像數據之間實現了顯著的一致性。我們很高興能夠確認這些數據在揭示灶神星深層內部結構方面具有強大的說服力。我們的研究結果表明，灶神星的歷史遠比我們之前認為的要復雜得多，它是由一些獨特的過程塑造的，例如行星間斷分化和后期碰撞。”

行星科學家可以通過測量所謂的慣性矩來估算天體核心的大小。慣性矩是物理學中的一個概念，用來描述改變物體繞軸旋轉的難度。雅各布森將這個概念比作花樣滑冰運動員在冰上旋轉。他們通過向內收臂來加速，向外揮臂來減速，從而改變速度。他們的慣性矩會隨著手臂位置的變化而改變。

類似地，太空中擁有較大核心的物體就像一位雙臂內收的芭蕾舞演員。擁有致密核心的天體與完全沒有核心的天體的運動方式不同。基于這些知識，研究團隊測量了灶神星的自轉和重力場。結果表明，灶神星的行為方式并不像一個擁有核心的天體，這挑戰了先前關于其形成機制的認識。

這兩種假設都尚未得到充分驗證，不足以排除其中一種可能性，但它們都存在一些問題，需要更多研究來解釋。雖然不完全分化是可能的，但它與研究人員長期以來收集的隕石證據并不一致。

“我們非常確信這些隕石來自灶神星，”雅各布森說。“而且它們沒有顯示出明顯的不完全分化的證據。”

另一種解釋是基于這樣的觀點：類地行星形成時，發生了大規模碰撞，這主要導致了行星的生長，但也產生了撞擊碎片。這些碰撞噴出的物質可能包括熔融產生的巖石，而且像灶神星一樣，它們沒有核心。

灶神星可能是行星碎片嗎？

雅各布森的實驗室此前一直在探索行星形成時期巨大撞擊的后果。他正與他的一名研究生艾米麗·埃利桑多合作，研究小行星帶中的一些小行星是由正在形成的行星拋射出來的碎片。

這一想法還遠未得到證實。需要創建和微調更多模型來證明灶神星是一顆正在形成行星的古老碎片。雅各布森表示，科學家可以調整研究灶神星隕石的方式，以更深入地驗證這兩種假設。他們還可以利用新的方法處理“黎明”號任務數據，開展進一步的研究。

雅各布森說，這篇論文僅僅是一個新研究方向的開端。它可能會永遠改變科學家看待差異化世界的方式。

“灶神星隕石樣本不再只是未能形成行星的太空天體的樣本，”雅各布森說。“這些可能是一顆古老行星在完全發育之前的碎片。我們只是還不知道它是哪顆行星。”

編譯自/ScitechDaily