這個(gè)縮寫和埃及神話中的冥王俄西里斯有關(guān)，所以我們叫它“ 冥王號(hào)”好了。
（左）埃及神話中的俄西里斯（Osiris）（圖中最左邊那個(gè)）| 維基；（右）冥王號(hào)探測(cè)器示意圖 | NASA
2018年12月31日，冥王號(hào)進(jìn)入它的探測(cè)目標(biāo)——一顆名叫“貝努”（Bennu）的近地小行星的軌道，開始在距離貝努質(zhì)心1.6-2.1公里的高度上進(jìn)行環(huán)繞探測(cè)。
小行星貝努 | NASA
然而，入軌才剛一周的2019年1月6日，也是貝努飛掠近日點(diǎn)的4天前，冥王號(hào)就驚訝地發(fā)現(xiàn)…… 咦？貝努好像在往外噴射塵埃顆粒哎？？？
2019年1月6日，冥王號(hào)NavCam1相機(jī)拍攝的兩張不同曝光時(shí)間（1.4毫秒和5秒）的照片合成圖 | NASA/Goddard/University of Arizona/Lockheed Martin
也就是說，貝努并不是一顆普普通通的小行星，它是一顆 罕見的“活躍小行星”——軌道特征和小行星一樣，但又會(huì)偶爾或長(zhǎng)期表現(xiàn)出噴射粒子、產(chǎn)生尾跡之類與彗星相似的活躍特征。
到底是發(fā)生了什么才讓原本看起來老老實(shí)實(shí)的小行星“不安分”了起來呢？為了解開這個(gè)謎團(tuán)，冥王號(hào)項(xiàng)目組進(jìn)行了一系列考查和論證， 這一成果于2019年12月6日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。
頻繁噴發(fā)？
第一次發(fā)現(xiàn)貝努有這樣的噴射粒子行為是在2019年1月6日，這很大程度上是因?yàn)?這次噴發(fā)事件規(guī)模非常大，太容易被發(fā)現(xiàn)了。但通過查驗(yàn)更早時(shí)候拍攝的貝努照片，冥王號(hào)項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)：之前似乎就有過小規(guī)模的粒子活動(dòng)。
實(shí)際上，冥王號(hào)記錄下的最早的貝努周圍粒子跡象可以追溯到 2018年12月10日——NavCam1相機(jī)拍攝到了 一顆亞軌道飛行的的礫石，直徑約有8厘米。
A和B那樣的拋物軌跡就是“亞軌道”，飛一段還會(huì)落回貝努表面。改編自：維基
為了不錯(cuò)過接下來可能的噴發(fā)事件，冥王號(hào)分別從1月11日和28日開始兩次增加了對(duì)貝努的拍照頻率。經(jīng)過一番詳盡的跟蹤考察和統(tǒng)計(jì)，冥王號(hào)從進(jìn)入貝努軌道到2019年2月中旬的約50天里， 共計(jì)有39天都在貝努周圍觀測(cè)到有粒子活動(dòng)。不過其中有近十次都是小規(guī)模的粒子噴發(fā)（噴射粒子數(shù)不足20顆），還有20多天只觀測(cè)到了單個(gè)粒子游蕩的痕跡，這些顆粒物似乎并不對(duì)應(yīng)于具體哪次噴發(fā)事件，更接近于背景粒子。
后兩次大規(guī)模粒子噴射事件（紫色）之后，均有觀測(cè)到背景粒子（藍(lán)色）增多。第一次大規(guī)模噴發(fā)后沒有明顯跡象更可能是由于當(dāng)時(shí)的拍照頻率還不夠高 | 參考文獻(xiàn) [3]
規(guī)模最大的三次噴發(fā)分別發(fā)生在 2019年1月6日、 1月19日和 2月11日，噴射的粒子數(shù)均超過60顆，第一次甚至達(dá)到200顆左右。
冥王號(hào)拍攝到的小行星貝努上三次規(guī)模最大的噴發(fā)事件，拍攝距離分別距離貝努質(zhì)心1.66公里、1.99公里和1.64公里。其中2月11日那次是長(zhǎng)曝光拍攝，且經(jīng)過了一定的圖像處理來顯示出粒子，所以位于右下角的小行星貝努幾乎看不到細(xì)節(jié) | 參考文獻(xiàn) [3]
這三次噴發(fā)，是冥王號(hào)團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)分析研究對(duì)象。
三次大噴發(fā)，從哪里來？
通過分析冥王號(hào)拍攝照片中粒子的軌跡，可以回溯這三次大噴發(fā)的 粒子速度和可能的噴發(fā)點(diǎn)。值得注意的是，因?yàn)楹髢纱未髧姲l(fā)時(shí)有更充足的觀測(cè)數(shù)據(jù)（更高的拍攝頻率），科學(xué)家可以有更精準(zhǔn)的回溯結(jié)果。
黃色是粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，青色十字是可能的粒子噴發(fā)點(diǎn) | 參考文獻(xiàn) [3]
貝努的三次大噴發(fā)
2019
01.06
時(shí)間：貝努當(dāng)?shù)貢r(shí)間的15:22-16:35之間
噴發(fā)點(diǎn)：南緯57-75°，經(jīng)度325-343°
粒子速度：0.07-3.3 m/s 量級(jí)
2019
01.19
時(shí)間：貝努當(dāng)?shù)貢r(shí)間的16:38
噴發(fā)點(diǎn)：北緯20°，經(jīng)度335°
粒子速度：0.06-1.3 m/s 量級(jí)
2019
02.11
時(shí)間：貝努當(dāng)?shù)貢r(shí)間的18:05
噴發(fā)點(diǎn)：北緯20°，經(jīng)度60°
粒子速度：0.07-0.21 m/s 量級(jí)
僅從這三次大型噴發(fā)事件來看， 似乎并不能看到很強(qiáng)的規(guī)律性：
- 噴發(fā)的粒子大小不一：小的近1厘米，大的可達(dá)約10厘米（當(dāng)然，也可能有更小的粒子，但更小的冥王號(hào)相機(jī)就看不到了）；
- 粒子快慢跨度很大：從0.06米/秒到3.3米/秒都有；
- 似乎啥經(jīng)緯度都可能發(fā)生噴發(fā)…
這些粒子的噴發(fā)點(diǎn)有什么特殊之處么？好像也沒有。無論是地形地貌還是反照率，這三處噴發(fā)點(diǎn)一帶，似乎都和貝努上的其他地方也沒什么區(qū)別。
三次大噴發(fā)可能的噴發(fā)點(diǎn)（十字處），十字周圍的區(qū)域是3倍誤差范圍的不確定區(qū)域。黃色十字處是后兩次大噴發(fā)最可能的噴發(fā)點(diǎn) | 參考文獻(xiàn)[3]
如果實(shí)在要這三次大噴發(fā)中找到什么共同之處的話——似乎唯一類似的是， 它們都發(fā)生在貝努當(dāng)?shù)貢r(shí)間的下午晚些時(shí)候。
不過，單個(gè)背景粒子的噴發(fā)時(shí)間也不遵循這個(gè)唯一的規(guī)律——不管白天晚上，啥時(shí)候都有。
噴出的粒子，去往何方？
另一個(gè)天文學(xué)家們非常關(guān)心的問題是：不管是大型噴發(fā)、小型噴發(fā)、還是孤立的背景粒子游動(dòng)——這些離開貝努表面的粒子最終的歸宿是哪里？
顯然，貝努是一顆很小的小行星，質(zhì)量只有約7800萬噸，平均直徑不足500米，也就相當(dāng)于……4.5個(gè)土星五號(hào)摞起來那么高吧
貝努vs土星五號(hào) | 素材來源：NASA，制圖：haibaraemily
質(zhì)量越小，自然引力就越小，這也就意味著： 貝努上噴出的顆粒物， 速度稍快一些的，可以輕輕松松擺脫貝努的引力，進(jìn)入太空。
那速度不夠快的粒子們會(huì)怎么樣呢？還有兩種命運(yùn)：
- 一種是短暫地環(huán)繞貝努飛行數(shù)周，然后屈服于引力這雙“看不見的手”，最終重新落回貝努表面；
- 另一種是壓根沒能實(shí)現(xiàn)環(huán)球旅行，只是以亞軌道飛行了一小段，就很快落回了貝努表面。
離開貝努表面的粒子之三種命運(yùn)：很快回來、過一段時(shí)間再回來，和永遠(yuǎn)不回來 | 改編自：Nature [4]
冥王號(hào)項(xiàng)目組選取了這近50天里觀測(cè)到的215條粒子軌跡進(jìn)行分析，把這些“腿腳沒那么快”的粒子又進(jìn)一步 細(xì)分為六類（Particle 1-6），其中：
- 1-4類粒子在環(huán)繞貝努飛行了4-17周之后落回貝努表面；
- 5和6類粒子沿亞軌道飛了一段就落回貝努表面。
1-6類沒能最終成功飛離貝努的粒子軌跡 | 參考文獻(xiàn)[3]
好端端的，到底為啥就
開始噴砂礫了？
如果說探測(cè)器的工作是不遠(yuǎn)千萬里前往現(xiàn)場(chǎng)搜證的話，那么借助搜證的結(jié)果，抽絲剝繭展開推理和論證的天文學(xué)家，就是宇宙意義上的偵探。
通常來說，彗星和活躍小行星的噴發(fā)有很多可能的原因和機(jī)制，而偵探們要做的，是 尋找和探討所有的可能，排除其中的不可能。
對(duì)于三次大噴發(fā)，天文學(xué)家探索了6種可能的原因。
1
自轉(zhuǎn)瓦解 ?
一個(gè)星球自轉(zhuǎn)越快，星球上的物體受到的離心作用就越強(qiáng)?？斓揭欢ǔ潭?，這個(gè)星球就會(huì)變得不穩(wěn)定，星球上的塵埃和石塊就可能脫離引力束縛，簌簌地剝落散逸。
很多自轉(zhuǎn)較快、個(gè)頭較小的活躍小行星或者彗星因?yàn)椤熬酆稀狈绞奖容^松散，就有可能經(jīng)歷過一定程度的自轉(zhuǎn)瓦解。
主帶彗星331P/Gibbs（原名P/2012 F5）就曾明確被觀測(cè)到由于自轉(zhuǎn)太快而“掉渣”的現(xiàn)象。
2014年8月26日，Keck II望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到直徑數(shù)公里、自轉(zhuǎn)周期3.24小時(shí)的主帶彗星331P/Gibbs（綠色箭頭）的尾跡里有四塊掉出的碎片（白色箭頭） | 參考文獻(xiàn) [5]
但這不符合在貝努上觀測(cè)到的情況。
因?yàn)樽赞D(zhuǎn)甩出碎片和塵埃這種事兒，肯定會(huì)優(yōu)先發(fā)生在受到離心作用最大的赤道區(qū)域，而且只可能沿著自轉(zhuǎn)方向甩出去。
而不是像貝努現(xiàn)在這樣，從低緯到高緯隨機(jī)噴發(fā)，而且順行逆行、啥軌道啥角度都有。
2
靜電飄浮 ?
太陽風(fēng)長(zhǎng)驅(qū)直入打在沒有大氣的星球表面產(chǎn)生的電場(chǎng)，會(huì)讓塵埃粒子因?yàn)殪o電力的作用而離開星球表面，漂浮游動(dòng)起來。
這是探測(cè)者號(hào)系列任務(wù)（Surveyor）在月球上發(fā)現(xiàn)的地平線光（lunar horizon glow）可能的原因。
月塵跳動(dòng)的舞步 | NASA
但在貝努這么大的小行星上，靜電作用頂多只能揚(yáng)起毫米級(jí)的砂粒，而且速度不太可能超過1米/秒——也就是說，靜電作用不太可能產(chǎn)生在貝努周圍發(fā)現(xiàn)的這么大、這么快的粒子運(yùn)動(dòng)。
3
冰升華 ?
一氧化碳、干冰、水冰等揮發(fā)性物質(zhì)的升華會(huì)帶動(dòng)塵埃粒子的釋放，這是彗星噴發(fā)出的塵埃粒子常見原因之一。
彗星67P | ESA
但這對(duì)貝努依然是不太可能的——因?yàn)樨惻?dāng)時(shí)距離太陽已經(jīng)很近了，低緯區(qū)域表面的溫度高達(dá)110攝氏度以上，常見的揮發(fā)性物質(zhì)都不可能還保持冰的狀態(tài)存在了。
更何況，目前為止的光譜觀測(cè)并沒有在貝努的表面發(fā)現(xiàn)水冰的存在，也沒有發(fā)現(xiàn)近期發(fā)生過什么可能釋放出地下各種物質(zhì)冰的地質(zhì)活動(dòng)。
4
含水礦物釋放水 ?
雖然貝努表面沒發(fā)現(xiàn)水冰，但有其他形式的水呀！光譜觀測(cè)表明，貝努表面富含一種叫做 層狀硅酸鹽的 含水礦物，這種礦物就可能在貝努目前的溫度條件下釋放出“鎖住”的水，產(chǎn)生氣壓，帶動(dòng)塵埃和砂粒的噴發(fā)。
天文學(xué)家認(rèn)為，導(dǎo)致近地小行星法厄同（3200 Phaethon）噴發(fā)塵埃可能的原因之一，就是含水礦物的分解 。貝努也同樣有這種可能。
近地小行星法厄同噴發(fā)的塵埃，被認(rèn)為是雙子座流星雨的來源 | Steed
5
流星體撞擊 ?
被流星體不斷撞擊，是太陽系里每顆星球絕對(duì)不可能避免的日常。自然，撞擊挖掘和濺射出的物質(zhì)也完全可能成為貝努噴射沙塵和礫石的來源——據(jù)推算，一顆質(zhì)量2.5微克的星際塵埃以15.5公里/秒的速度撞上貝努，就能帶來300毫焦能量，產(chǎn)生一次像1月6日那么大規(guī)模的噴發(fā)事件。
唯一有點(diǎn)問題的是：按照目前的星際塵埃模型估算，這種重量的流星體撞擊對(duì)貝努簡(jiǎn)直太頻繁了，平均每分鐘就能發(fā)生一次——遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了目前在貝努觀測(cè)到的大型噴發(fā)事件的頻率（約2周一次）。
不過也不是圓不回來：比如流星體帶來的能量不一定會(huì)全部轉(zhuǎn)化成噴射粒子的動(dòng)能，所以可能需要更大更重的流星體才能產(chǎn)生同規(guī)模的噴發(fā)，這樣所需的撞擊頻率也會(huì)低很多。
6
熱破裂 ?
冷熱交替引起的巖石破裂也是一種可能的原因。
貝努的自轉(zhuǎn)很快（周期4.3小時(shí)），離太陽又很近（近日點(diǎn)距離太陽只有0.9個(gè)日地距離），這意味著貝努的表面和淺表層地下會(huì)頻繁經(jīng)歷寒冷夜晚和炎熱白天的輪轉(zhuǎn)。
在這樣頻繁的冷熱交替之下，貝努上的巖石很容易逐漸破碎，有些碎屑可能會(huì)在貝努上溫度較高的時(shí)候（也就是當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午）被彈射離地表——這正是三次大噴發(fā)發(fā)生的時(shí)間。
也就是說，經(jīng)過一番排查之后，只剩下了 3種可能的原因會(huì)導(dǎo)致貝努目前觀測(cè)到的大型粒子噴發(fā)： 含水礦物釋放水、流星體撞擊和熱分裂。當(dāng)然，也完全可能是這些原因中的兩兩或者三者一同結(jié)合起來，共同引起了這樣的大噴發(fā)。
那還有 近十次小型噴發(fā)又是因?yàn)槭裁茨兀?/p>
冥王號(hào)團(tuán)隊(duì)也提出了一種可能的解釋： 小型噴發(fā)事件是大型噴發(fā)事件的副產(chǎn)物。
觀測(cè)到的三次大噴發(fā)均發(fā)生于貝努當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午，其中一部分噴出的粒子經(jīng)過亞軌道飛行之后會(huì)撞上貝努夜晚那一面，這些粒子經(jīng)過多次反彈和相互撞擊，完全可能引起一系列小型噴發(fā)事件。
根據(jù)1月19日的大噴發(fā)事件數(shù)據(jù)模擬的各種速度和方向的粒子軌跡，注意在向陽面噴出的粒子經(jīng)過亞軌道后通常會(huì)再次撞在貝努的背陽面 | 參考文獻(xiàn) [3]
噴砂礫有解了，然后呢？
近日，冥王號(hào)項(xiàng)目組從4個(gè)備選采樣點(diǎn)中選定了接下來的采樣點(diǎn)——位于最北端的Nightingale。
Nightingale位于北半球一個(gè)一個(gè)直徑140米的撞擊坑中 | NASA
位于次北端的Osprey作為備選采樣點(diǎn)。
4個(gè)備選著陸點(diǎn)的位置 | NASA
冥王號(hào)計(jì)劃2020年夏季完成貝努采樣，2023年9月把樣品帶回地球?；蛟S屆時(shí)從這些帶回的樣品中，我們還能找到貝努噴發(fā)粒子的新線索。
說不定，有些被噴出的砂礫就剛好被采集回來了呢。
參考文獻(xiàn)
[1] https://asteroidmission.org/?latest-news=nasa-mission-reveals-asteroid-big-surprises
[2] NASA’s OSIRIS-REx Mission Explains Bennu’s Mysterious Particle Events
https://asteroidmission.org/?latest-news=nasas-osiris-rex-mission-explains-bennus-mysterious-particle-events
[5] Drahus, M., Waniak, W., Tendulkar, S., Agarwal, J., Jewitt, D., & Sheppard, S. S. (2015). Fast rotation and trailing fragments of the active asteroid P/2012 F5 (Gibbs). The Astrophysical Journal Letters, 802(1), L8.
[6] Jewitt, D., & Li, J. (2010). Activity in geminid parent (3200) Phaethon. The Astronomical Journal , 140(5), 1519.
[7] X MARKS THE SPOT: NASA SELECTS SITE FOR ASTEROID SAMPLE COLLECTION
[8] https://asteroidmission.org/?latest-news=x-marks-the-spot-nasa-selects-site-for-asteroid-sample-collection
作者：Haibaraemily
編輯：Steed
