从小行星贝努(Bennu)采集样本并将其带回地球的宏大任务正在取得成效。
正如科学家们所期望的,这颗小行星正在揭示太阳系早期的细节。贝努不仅仅是一块简单的太空岩石,它不仅包含来自太阳系的物质,还包含太阳系之外的物质。
贝努的轨道使其每六年接近地球一次。这意味着它被归类为近地小行星(NEA)和潜在危险物体(PHO)。
美国国家航空航天局(NASA)在规划访问贝努并带回样本的“奥西里斯 – 雷克斯”(OSIRIS – REx)任务时,是对候选小行星进行了严格的科学和工程评估的结果。由于贝努既靠近地球,又是一颗原始的碳质小行星,NASA最终选定它为目标。
这颗小行星足够大,便于环绕并采集样本,其表面的光谱分析表明,它含有科学家想要研究的物质,如富含碳的材料和水合矿物。
如今,在“奥西里斯 – 雷克斯”发射近九年后,样本正在全球各地的实验室中进行研究。
三篇新发表的论文表明,贝努由太阳系内外的物质构成。它们还展示了小行星的一些物质是如何因暴露于空间天气和与水的相互作用而发生改变的。
其中包括贝努母体小行星吸积物质的多样性和起源、贝努样本水热蚀变的矿物学证据以及贝努小行星样本的空间风化效应。
亚利桑那大学月球与行星实验室副教授杰西卡·巴恩斯(Jessica Barnes)是其中一篇论文的共同主要作者。
巴恩斯在一份新闻稿中表示:“这是用望远镜无法完成的工作。我们终于能够对一颗我们梦寐以求前往并最终带回样本的小行星发表这些见解,这太令人兴奋了。”
贝努的母体是波拉纳(Polana)小行星家族的一部分。一系列碰撞造就了贝努,其原始母体包含来自太阳系及太阳系之外的物质。因此,贝努也含有来自太阳附近、远离太阳之处,甚至其他恒星的物质。
这颗母体大约在40多亿年前太阳系形成时,由这些混合物质构成。《贝努母体小行星吸积物质的多样性和起源》这篇论文对此进行了详细阐述。
巴恩斯说:“贝努的母体小行星可能形成于太阳系的外部,可能在巨行星木星和土星之外。我们认为这颗母体被一颗来袭的小行星撞击并粉碎,然后碎片重新组合,这种情况可能重复了好几次。”
论文作者写道:“太阳系中最早形成的天体从恒星、前太阳分子云以及原行星盘中获取物质。未经历行星分异的小行星保留了这些原始吸积物质的证据。”
来自贝努的样本表明,其大部分表面物质因水热相互作用而发生了改变,这些作用改变了它们的同位素组成、化学性质和整体矿物学特征,但并非所有样本都发生了改变。
论文指出:“我们发现,一些原始吸积物质逃脱了母体小行星上发生的广泛水蚀作用,包括来自古老恒星的前太阳颗粒、来自太阳系外部或分子云的有机物质、在太阳附近形成的难熔固体,以及富含中子的钛同位素尘埃。”
或许这些样本最有趣的结果是来自太阳系之外物质的丰富性。这种古老的星尘早于太阳系存在,通过其同位素组成得以识别,使其与太阳系物质区分开来。因此,贝努的构成比想象的更为复杂。
巴恩斯说:“那些是早已死亡的其他恒星的星尘碎片,这些碎片融入了形成我们太阳系的气体和尘埃云中。此外,我们发现了同位素高度异常的有机物质,它们可能形成于星际空间,我们还发现了在太阳附近形成的固体,我们首次证明所有这些物质都存在于贝努中。”
虽然贝努的一些物质未受到空间风化、化学作用甚至碰撞的影响,但其中很多已经发生了改变。第二篇论文《贝努样本水热蚀变的矿物学证据》表明,贝努的大部分物质已被水热过程改变。
论文作者写道:“矿物学证据表明,吸积矿物被一种随时间演化的流体改变,导致蚀刻、溶解和再沉淀。”
领导这项研究的凯珀 – 亚利桑那实验室主任汤姆·泽加(Tom Zega)说:“我们认为贝努的母体小行星从太阳系外部吸积了大量的冰质物质,这些物质随着时间的推移而融化。”
贝努形成时的残余热量,或后续撞击产生的热量,可能使小行星中的冰融化。由此产生的水可能..
泽加说:“现在你有了与固体接触的液体和热量,这就是开始发生化学反应所需的一切。水与矿物发生反应,形成了我们今天看到的物质:样本中80%的矿物内部含有水,这些水是在数十亿年前太阳系仍在形成时产生的。”
第三篇论文《贝努小行星样本的空间风化效应》展示了微流星体撞击在贝努漫长的生命历程中是如何改变它的。
论文作者解释说:“以微流星体撞击和太阳辐射为主导的空间风化过程,改变了暴露表面的矿物学和化学性质。”
“将贝努样本与从小行星龙宫(Ryugu)和丝川(Itokawa)采集的样本进行比较表明,微流星体撞击在小行星表面的空间风化中可能发挥比最初认为的更积极、更快速的作用,特别是对于碳质天体。”
样本中的一些颗粒带有微流星体撞击的印记。这些撞击以及太阳风被视为空间风化。由于没有大气层阻止这些微小的撞击,贝努的表面不断受到轰击。研究表明,空间风化的发生速度比之前认为的要快得多。
研究表明:“这些结果共同表明,微流星体撞击在小行星表面的空间风化中所起的作用,比早期对小行星返回样本的观测所认为的更为重要。”
大多数到达地球的小行星碎片在穿过大气层时会被烧毁。但地球的大气层作用持续不断,即使是成功穿过大气层的陨石也会暴露在其中,并可能迅速发生改变。这就是小行星样本返回任务对于了解太阳系如此重要的原因。
泽加说:“那些确实落到地面的陨石可能会与地球大气层发生反应,特别是如果陨石在坠落之后没有迅速被回收,这就是为什么像‘奥西里斯 – 雷克斯’这样的样本返回任务至关重要。”

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