像 Dimorphos 和 Selam 这样奇怪的“西瓜形状”小行星可能终于有了解释

新的研究发现了为什么一些小行星的周围轨道上有奇怪的西瓜形状的卫星，这与典型的小行星形成理论的预测相反。

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微小小行星迪莫福斯和塞拉姆的不寻常形状多年来一直困扰天文学家，但一项新研究终于解释了它们为何变得如此奇怪。它还表明这些形状怪异的“小卫星”可能比科学家想象的更常见。

双星小行星——本质上是地月系统的迷你版本的成对小行星——在我们的宇宙邻居中非常常见。其中包括成为 NASA 2022 年双小行星重定向测试 (DART) 任务的 Didymos-Dimorphos 二人组。先前的研究表明，当一颗由碎石堆组成的“母”小行星（由松散的岩石组成）旋转得如此之快，以至于它失去了一些质量，并合并成第二个较小的卫星或“小卫星”小行星时，这种双星小行星就形成了。

大多数小卫星小行星看起来像直立的钝头足球，因为它们绕着它们典型的顶部形状的父母运行。这种小卫星被描述为“长长的”。但有些形状更奇怪。以 Dimorphos 为例——也就是说，在 DART 影响它之前。它是一个“扁球体”——一个两极被压扁并沿着中腹部伸展的球体，就像西瓜一样。最近发现的小行星 Dinkinesh（又名“Dinky”）的卫星“Selam”则更为奇特，它由两个相连的岩石球体组成。

小卫星的怪异形状让天文学家感到困惑，其中包括瑞士伯尔尼大学的研究生、这项新研究的主要作者约翰·维马森 (John Wimarsson)。 “我们以前从未见过这样的小行星卫星，它们无法用传统的双星小行星形成模型直接解释，”他通过电子邮件告诉《生活科学》。

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为了了解小行星的奇怪形状，Wimarsson 和他来自欧洲和美国大学的同事开发了两套详细的计算机模型。第一组模拟了母小行星在快速旋转并抛出碎片时形状如何变化。第二组假设碎片在母小行星周围形成了一个环形区域——称为碎片盘。然后，算法跟踪所有碎片的运动，因为它们受到彼此及其母体的引力牵引并碰撞形成聚集体。研究人员还考虑了两种母小行星，在大小和密度上类似于“橡皮鸭”Ryugu和Didymos。

研究结果于 7 月 20 日在线发表在《伊卡洛斯》杂志上，表明有两个主要因素决定小行星小行星的最终形状：母体施加的引力，以及小行星所承受的碰撞的性质。碎片盘中的其他岩石物体。

然而，其他参数决定了这些因素中哪个因素发挥更大的作用。一个参数是母小行星的密度。密度较大的小行星，如迪迪莫斯，比较轻的、类似龙宫的小行星旋转得更快，形成更宽的碎片盘，进而导致小卫星形成时距离母体更远。

研究人员发现，距离母体一定距离的卫星通常会呈现扁长形状。在这个称为罗希极限的距离处，母体的重力平衡了小行星小行星的内力，在小行星通过与其他碎片碰撞和融合而缓慢生长时保持其形状。

另一方面，超出洛希极限的小卫星小行星会获得扁圆形状，因为它们超出了母体小行星的引力范围。当它们与其他同轨岩石碎片碰撞时，它们的生长比长形的同类更均匀。尽管如此，大多数扁圆小行星的形成都远低于罗希极限。距离太近会导致小卫星被母小行星的引力撕裂，使它们失去长长的形状。这样的小卫星在与其他前体小卫星碰撞后更有可能形成扁球体。

两个前体小卫星碰撞的角度对于确定最终形状也很重要。根据维玛森的说法，如果两颗小行星并排碰撞，使它们沿短轴对齐，则所得的形状会更扁。 “另一方面，如果我们将它们边对边合并，使它们的最长轴对齐，就会创建一个双叶天体，”类似于小卫星塞拉姆，他补充道。

该团队的发现不仅仅是提供 Dimorphos 和 Selam 形状的配方。考虑到近一半的模拟产生了形状异常的小行星，研究人员认为这种奇怪现象可能比之前估计的更常见。但由于当今用于研究小行星的技术对发现扁圆形小行星存在偏见，因此它们经常被错过。