這個縮寫和埃及神話中的冥王俄西里斯有關，所以我們叫它“ 冥王號”好了。
（左）埃及神話中的俄西里斯（Osiris）（圖中最左邊那個）| 維基；（右）冥王號探測器示意圖 | NASA
2018年12月31日，冥王號進入它的探測目標——一顆名叫“貝努”（Bennu）的近地小行星的軌道，開始在距離貝努質心1.6-2.1公里的高度上進行環繞探測。
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的4天前，冥王號就驚訝地發現…… 咦？貝努好像在往外噴射塵埃顆粒哎？？？
2019年1月6日，冥王號NavCam1相機拍攝的兩張不同曝光時間（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，但又會偶爾或長期表現出噴射粒子、產生尾跡之類與彗星相似的活躍特征。
到底是發生了什么才讓原本看起來老老實實的小行星“不安分”了起來呢？為了解開這個謎團，冥王號項目組進行了一系列考查和論證， 這一成果于2019年12月6日在線發表于《科學》雜志。
頻繁噴發？
第一次發現貝努有這樣的噴射粒子行為是在2019年1月6日，這很大程度上是因為 這次噴發事件規模非常大，太容易被發現了。但通過查驗更早時候拍攝的貝努照片，冥王號項目組發現：之前似乎就有過小規模的粒子活動。
實際上，冥王號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”，飛一段還會落回貝努表面。改編自：維基
為了不錯過接下來可能的噴發事件，冥王號分別從1月11日和28日開始兩次增加了對貝努的拍照頻率。經過一番詳盡的跟蹤考察和統計，冥王號從進入貝努軌道到2019年2月中旬的約50天里， 共計有39天都在貝努周圍觀測到有粒子活動。不過其中有近十次都是小規模的粒子噴發（噴射粒子數不足20顆），還有20多天只觀測到了單個粒子游蕩的痕跡，這些顆粒物似乎并不對應于具體哪次噴發事件，更接近于背景粒子。
后兩次大規模粒子噴射事件（紫色）之后，均有觀測到背景粒子（藍色）增多。第一次大規模噴發后沒有明顯跡象更可能是由于當時的拍照頻率還不夠高 | 參考文獻 [3]
規模最大的三次噴發分別發生在 2019年1月6日、 1月19日和 2月11日，噴射的粒子數均超過60顆，第一次甚至達到200顆左右。
冥王號拍攝到的小行星貝努上三次規模最大的噴發事件，拍攝距離分別距離貝努質心1.66公里、1.99公里和1.64公里。其中2月11日那次是長曝光拍攝，且經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節 | 參考文獻 [3]
這三次噴發，是冥王號團隊的重點分析研究對象。
三次大噴發，從哪里來？
通過分析冥王號拍攝照片中粒子的軌跡，可以回溯這三次大噴發的 粒子速度和可能的噴發點。值得注意的是，因為后兩次大噴發時有更充足的觀測數據（更高的拍攝頻率），科學家可以有更精準的回溯結果。
黃色是粒子運動軌跡，青色十字是可能的粒子噴發點 | 參考文獻 [3]
貝努的三次大噴發
2019
01.06
時間：貝努當地時間的15:22-16:35之間
噴發點：南緯57-75°，經度325-343°
粒子速度：0.07-3.3 m/s 量級
2019
01.19
時間：貝努當地時間的16:38
噴發點：北緯20°，經度335°
粒子速度：0.06-1.3 m/s 量級
2019
02.11
時間：貝努當地時間的18:05
噴發點：北緯20°，經度60°
粒子速度：0.07-0.21 m/s 量級
僅從這三次大型噴發事件來看， 似乎并不能看到很強的規律性：
- 噴發的粒子大小不一：小的近1厘米，大的可達約10厘米（當然，也可能有更小的粒子，但更小的冥王號相機就看不到了）；
- 粒子快慢跨度很大：從0.06米/秒到3.3米/秒都有；
- 似乎啥經緯度都可能發生噴發…
這些粒子的噴發點有什么特殊之處么？好像也沒有。無論是地形地貌還是反照率，這三處噴發點一帶，似乎都和貝努上的其他地方也沒什么區別。
三次大噴發可能的噴發點（十字處），十字周圍的區域是3倍誤差范圍的不確定區域。黃色十字處是后兩次大噴發最可能的噴發點 | 參考文獻[3]
如果實在要這三次大噴發中找到什么共同之處的話——似乎唯一類似的是， 它們都發生在貝努當地時間的下午晚些時候。
不過，單個背景粒子的噴發時間也不遵循這個唯一的規律——不管白天晚上，啥時候都有。
噴出的粒子，去往何方？
另一個天文學家們非常關心的問題是：不管是大型噴發、小型噴發、還是孤立的背景粒子游動——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，質量只有約7800萬噸，平均直徑不足500米，也就相當于……4.5個土星五號摞起來那么高吧
貝努vs土星五號 | 素材來源：NASA，制圖：haibaraemily
質量越小，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，進入太空。
那速度不夠快的粒子們會怎么樣呢？還有兩種命運：
- 一種是短暫地環繞貝努飛行數周，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現環球旅行，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：很快回來、過一段時間再回來，和永遠不回來 | 改編自：Nature [4]
冥王號項目組選取了這近50天里觀測到的215條粒子軌跡進行分析，把這些“腿腳沒那么快”的粒子又進一步 細分為六類（Particle 1-6），其中：
- 1-4類粒子在環繞貝努飛行了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[3]
好端端的，到底為啥就
開始噴砂礫了？
如果說探測器的工作是不遠千萬里前往現場搜證的話，那么借助搜證的結果，抽絲剝繭展開推理和論證的天文學家，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有很多可能的原因和機制，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。
對于三次大噴發，天文學家探索了6種可能的原因。
1
自轉瓦解 ?
一個星球自轉越快，星球上的物體受到的離心作用就越強。快到一定程度，這個星球就會變得不穩定，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。
很多自轉較快、個頭較小的活躍小行星或者彗星因為“聚合”方式比較松散，就有可能經歷過一定程度的自轉瓦解。
主帶彗星331P/Gibbs（原名P/2012 F5）就曾明確被觀測到由于自轉太快而“掉渣”的現象。
2014年8月26日，Keck II望遠鏡觀測到直徑數公里、自轉周期3.24小時的主帶彗星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 [5]
但這不符合在貝努上觀測到的情況。
因為自轉甩出碎片和塵埃這種事兒，肯定會優先發生在受到離心作用最大的赤道區域，而且只可能沿著自轉方向甩出去。
而不是像貝努現在這樣，從低緯到高緯隨機噴發，而且順行逆行、啥軌道啥角度都有。
2
靜電飄浮 ?
太陽風長驅直入打在沒有大氣的星球表面產生的電場，會讓塵埃粒子因為靜電力的作用而離開星球表面，漂浮游動起來。
這是探測者號系列任務（Surveyor）在月球上發現的地平線光（lunar horizon glow）可能的原因。
月塵跳動的舞步 | NASA
但在貝努這么大的小行星上，靜電作用頂多只能揚起毫米級的砂粒，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生在貝努周圍發現的這么大、這么快的粒子運動。
3
冰升華 ?
一氧化碳、干冰、水冰等揮發性物質的升華會帶動塵埃粒子的釋放，這是彗星噴發出的塵埃粒子常見原因之一。
彗星67P | ESA
但這對貝努依然是不太可能的——因為貝努當時距離太陽已經很近了，低緯區域表面的溫度高達110攝氏度以上，常見的揮發性物質都不可能還保持冰的狀態存在了。
更何況，目前為止的光譜觀測并沒有在貝努的表面發現水冰的存在，也沒有發現近期發生過什么可能釋放出地下各種物質冰的地質活動。
4
含水礦物釋放水 ?
雖然貝努表面沒發現水冰，但有其他形式的水呀！光譜觀測表明，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，產生氣壓，帶動塵埃和砂粒的噴發。
天文學家認為，導致近地小行星法厄同（3200 Phaethon）噴發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的塵埃，被認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不可能避免的日常。自然，撞擊挖掘和濺射出的物質也完全可能成為貝努噴射沙塵和礫石的來源——據推算，一顆質量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，產生一次像1月6日那么大規模的噴發事件。
唯一有點問題的是：按照目前的星際塵埃模型估算，這種重量的流星體撞擊對貝努簡直太頻繁了，平均每分鐘就能發生一次——遠遠超出了目前在貝努觀測到的大型噴發事件的頻率（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全部轉化成噴射粒子的動能，所以可能需要更大更重的流星體才能產生同規模的噴發，這樣所需的撞擊頻率也會低很多。
6
熱破裂 ?
冷熱交替引起的巖石破裂也是一種可能的原因。
貝努的自轉很快（周期4.3小時），離太陽又很近（近日點距離太陽只有0.9個日地距離），這意味著貝努的表面和淺表層地下會頻繁經歷寒冷夜晚和炎熱白天的輪轉。
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，有些碎屑可能會在貝努上溫度較高的時候（也就是當地時間下午）被彈射離地表——這正是三次大噴發發生的時間。
也就是說，經過一番排查之后，只剩下了 3種可能的原因會導致貝努目前觀測到的大型粒子噴發： 含水礦物釋放水、流星體撞擊和熱分裂。當然，也完全可能是這些原因中的兩兩或者三者一同結合起來，共同引起了這樣的大噴發。
那還有 近十次小型噴發又是因為什么呢？
冥王號團隊也提出了一種可能的解釋： 小型噴發事件是大型噴發事件的副產物。
觀測到的三次大噴發均發生于貝努當地時間下午，其中一部分噴出的粒子經過亞軌道飛行之后會撞上貝努夜晚那一面，這些粒子經過多次反彈和相互撞擊，完全可能引起一系列小型噴發事件。
根據1月19日的大噴發事件數據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過亞軌道后通常會再次撞在貝努的背陽面 | 參考文獻 [3]
噴砂礫有解了，然后呢？
近日，冥王號項目組從4個備選采樣點中選定了接下來的采樣點——位于最北端的Nightingale。
Nightingale位于北半球一個一個直徑140米的撞擊坑中 | NASA
位于次北端的Osprey作為備選采樣點。
4個備選著陸點的位置 | NASA
冥王號計劃2020年夏季完成貝努采樣，2023年9月把樣品帶回地球。或許屆時從這些帶回的樣品中，我們還能找到貝努噴發粒子的新線索。
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
[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
