露西报告地球！一颗形似花生的小行星正在奇特地翻滚，上面还有液态水的线索

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翻译：张瀚之

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：朱宸宇

https://scitechdaily.com/nasas-lucy-uncovers-ancient-water-clues-on-a-weirdly-wobbling-asteroid/

大家还记得去年四月份，NASA的露西号飞掠的小行星Donald-Johanson（52246），也叫做唐纳德约翰森小行星吗？对，就是那颗不怎么引人关注、长得像花生的，正水深火热翻滚的小天体。有意思的是，最新的一项研究表明，它的自转模式在过去数百万年里因为阳光一直在发生改变。并且，它的母体天体曾短暂有过液态水的存在。这些宝贵的线索最近刚刚被整理出来，为我们研究太阳系早期演化提供了新的信息。

形状酷似花生的小行星唐纳德约翰森（Donald-Johanson）。图片来源: Kel Elkins/NASA’s Science Visualization Studio/DLR

别看小行星们个头都不大，它们的身世可能一点也不简单。而且，他们是我们了解宇宙的重要途径。NASA的露西号探测器在2025年首次距离飞掠唐纳德约翰森期间，发现这颗形状奇特的小行星表面上遍布着远古撞击留下的痕迹，而且还不断地进行着复杂的翻滚运动。

天文学家们认为这颗小行星约形成于1.55亿年前。当时，一次剧烈撞击将一颗较大的小行星击碎。碎片随后就在引力作用下缓慢重新聚集，最终形成了今天的唐纳德约翰森。而且非常有意思的是，此后的数千万年间，阳光（是的，阳光）一直在悄悄改变它的自转方式。唐纳德约翰森身上的伤痕能让我们一探它的奇幻人生。

✦ 露西号首次近距离探测唐纳德约翰森

2025年4月20日，露西号飞往木星特洛伊小行星群时，穿越了主小行星带。那天，它以约1000公里的最近距离飞掠了唐纳德约翰森。这是人类首次有机会对这颗此前从未近距离探测过的小行星开展详细的观测。

露西号的七个目标：双小行星Patroclus/Menoetius、Eurybates、Orus、Leucus、Polymele和最右下角的唐纳德约翰森（Donald-Johanson）。 图片来源：NASA's Conceptual Image Lab

这次飞掠结果显示，唐纳德约翰森有很复杂的运动方式。不同于大多数行星和小行星绕单一自转轴旋转，它同时展现出了两种不同的旋转运动。此外，露西号还拍摄到了它独特的花生外形，以及遍布表面的撞击坑和类似于山脊的结构。

此次飞掠其实是露西号正式探测木星特洛伊小行星前的一次演练。按照计划，它将在2027年8月12日首次飞掠特洛伊小行星Eurybates（小行星3548）。唐纳德约翰森这次飞掠过程中，探测器各项设备显示运行正常。同时，科学家还获得了一个意外收获，能够将唐纳德约翰森与两颗我们研究较为深入的明星小行星Bennu（贝努）和Ryugu（龙宫）进行比较：虽然他们三位的组成成分相似，但形成后的演化过程却截然不同。

如果读者们感兴趣详细信息的话，这项研究成果在2026年6月18日在《Science》期刊上发布。

✦ 它转起来像一个摇摇晃晃的陀螺

在露西号抵达之前，天文学家们就利用了地面望远镜观测了唐纳德约翰森。人们发现这颗细长的小行的星亮度在规律地变化，并且推断它大约每10.5个地球日自转一周。

露西号的近距离观测揭示了唐纳德约翰森有比我们想象的更复杂的情况。它没有稳定地绕固定轴旋转，而是更像一个摇摇晃晃的陀螺，一方面每10.5天完成一次整体翻转，另一方面还会绕自身长轴缓慢摆动，每26.5天完成一个完整摆动周期。

✦ 这颗花生原来是两块拼起来的

此前，人们的观测仅仅认为唐纳德约翰森是一颗细长的小行星，而露西号近距离拍摄并且传送给我们的图像显示，它实际上是一颗典型的双叶体（bilobate），也就是两个叶状结构通过狭窄的颈部连接了起来，因此整体看起来像一颗花生。

天文学家们认为，这两个叶状结构原本是一次小行星撞击产生的独立碎块，后来在彼此引力作用下缓慢结合，形成今天的整体结构。

根据估计，唐纳德约翰森最初的自转速度至少是现在的10倍。过去约2000万至6000万年间，它的自转才持续减慢。因为转速在逐渐下降，所以引力与离心力之间的平衡发生了改变，导致它表面的碎石和松散物质逐渐向低处滑落，使许多撞击坑边缘变得更加平缓，所以才塑造了如今的独特样貌特征。

在2025年4月20日飞掠唐纳德约翰森期间，露西号利用红外光谱仪在它的表面探测到了富铁黏土矿物。这类富铁黏土矿物与富碳陨石（比如QUE 97990）中的矿物相似。这也说明，这颗小行星的母体天体在遥远过去曾短暂存在液态水。图片来源: NASA/Goddard/SwRI/Dan Gallagher

✦ 阳光也能改变一颗小行星

研究团队认为，这种持续减速源于著名的YORP（Yarkovsky–O’Keefe–Radzievskii–Paddack）效应，指的是太阳辐射引发小行星自转状态改变的物理现象。听起来有些不可思议，但阳光其实也能慢慢推动一颗小行星！

太阳照射小行星表面后，小行星表面的各个区域会吸收不同的热量，然后以红外辐射形式重新释放出去。虽然这种辐射产生的推力极其微弱，但对于形状不规则的小行星而言，各处受力并不均匀，因此会产生微小的扭矩。经过数百万甚至数千万年的累积，这种持续作用就足够明显地改变小行星的自转速度和旋转状态了。

YORP效应既可能减慢，也可能加快小行星自转。比如说，贝努目前约每4小时自转一周，而龙宫约每7小时自转一周。天文家们认为，这两颗小行星过去的自转速度可能远低于今天，正是在YORP效应长期作用下逐渐加快了旋转。

✦ 远古液态水存在的证据

我们刚才说到，当露西号以约4.8万每千米/小时飞掠唐纳德约翰森时，它的红外光谱仪在小行星表面探测到了富铁黏土矿物。

也就是说，这颗小行星的祖先（母体天体）曾经短暂拥有过液态水。不过，这段水活动持续时间估计并不太长。 因为如果长期受到液态水作用，富铁黏土中的铁通常会逐渐被镁等元素取代，然后形成富镁黏土矿物。而唐纳德约翰森仍保留富铁矿物正是说明了它母星的水活动很快就终止了。

相比之下，贝努和龙宫表面也都发现了富镁黏土矿物，表明它们的母星曾经历持续数百万年的水活动。

不同矿物组成意味着，这些小行星的母星可能形成于太阳系早期不同的时间或不同区域，随后才迁移至今天所在的主小行星带。

✦ 与贝努和龙宫相比，它有什么不同？

科学家认为，唐纳德约翰森同样源于一颗富含碳和水的大型小行星，在主小行星带的一次撞击中破碎形成，这一点与贝努和龙宫十分相似。

然而，它们之间的差异具有重要科学意义。

唐纳德约翰森形成于约1.55亿年前，远比形成于约10亿至20亿年前的贝努和龙宫年轻。除此之外，它似乎始终停留在主小行星带，而贝努和龙宫后来逐渐迁移至近地轨道，因此成为露西采样并返回地球任务的重要目标。

这次研究的论文第一作者表示：“将唐纳德约翰森与贝努、龙宫等看似相似的小行星进行比较，对我们十分重要。因为每一个细微差异，都可能成为揭示太阳系起源的新线索。”

研究团队还指出，当露西号未来开始探测拥有完全不同演化历史的木星特洛伊小行星时，人类对于太阳系形成过程的认识，很可能再次迎来新的挑战。

✦ 露西号真正的旅程才刚刚开始

令人心潮澎湃的是，唐纳德约翰森只是露西号任务主要目的的一次预演。

露西号探测木星特洛伊小行星任务概念图。图片来源：NASA/SwRI

露西号名称来源于1974年在埃塞俄比亚发现的著名古人类化石Lucy（露西）。未来，它将成为首个探测木星特洛伊小行星群的航天器。这些木星特洛伊小行星就像一个个被时间封存的化石，从太阳系形成初期以来几乎没有发生明显变化。

科学家希望通过研究这些珍贵的时间胶囊，进一步揭示太阳系早期的形成与演化过程，理解行星如何诞生、迁移，并最终形成今天我们所看到的轨道格局。

从先驱者、旅行者、到伽利略、卡西尼、新视野号、再到今天的露西，人类探索太阳系史的脚步始终没有停歇。每一代深空探测任务都会给我们带来新的发现，也不断修正我们对太阳系起源和演化的认识。期待露西号造访木星特洛伊小行星群时，这些数十亿年的古老天体给我们带来的更多的惊喜！

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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蝙蝠星云NGC 6995

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