2019年1月1日，在圓滿完成了對冥王星的探測任務之後，NASA的新視野號（New Horizon）探測器近距離飛越了一顆柯伊伯帶小天體——“天空”阿羅科斯（Arrokoth），這不僅創造了人類探測到最遠和最原始的天體的紀錄，也為我們瞭解太陽系和太陽系天體的形成過程提供了大量有價值的資訊。

有意思的是，當新視野號從3500千米的距離完成了與阿羅科斯的近距離交匯，並將首批拍攝的影象從距離太陽43.4 天文單位（au）的地方傳回地球時，呈現在人們臉前的竟然是一個萌萌噠雪人狀天體！

阿羅科斯是一個由兩個十餘公里大小的天體組成的密近雙星結構，但與此前透過掩星觀測獲得的初步資訊所預期的啞鈴形狀有所不同，照片中阿羅科斯兩個尺度不同的較圓的部分透過相對細小的頸部相連線，像極了我們在冬日大雪天裡堆的雪人。一時間，這個身處太陽系遙遠邊疆的“雪人”，以它圓嘟嘟的身姿和可愛的形象成為世人關注的明星。

不過，隨著後期觀測資料陸續傳回地球，科學家得以從不同的視角觀察“雪人”，發現阿羅科斯不再是一個擁有圓嘟嘟的腦袋和身體的“雪人”了。從側面看，“雪人”的肚皮變得乾癟癟的，腦袋也成了凹凸不平的飛盤。新的資料顯示，這個小天體的形狀實際上更為複雜，看起來更像是由兩個不同尺寸的飛盤拼接成的扁平結構。兩個部分的尺寸分別為20.6×19.9×9.4 km和 15.4×13.8×9.8 km，兩部分的體積比大約為1.9, 其中較大的一頭展示出更扁的結構。

一般的行星形成理論普遍認為原始星子為球形或者橢球形，扁平結構在太陽系目前發現的天體中非常罕見。阿羅科斯這一奇怪的形狀可謂是新視野號飛越任務中收穫的最大驚喜，引起了研究行星形成的科學家們的廣泛關注。是什麼原因讓原以為是圓滾滾的“雪人”變得消瘦了呢？要解答這個疑問，必須從雪人自身的因素說起：

來自幽冥

阿羅科斯是一個冰質天體，來自位於海王星軌道外遙遠而寒冷的柯伊伯帶，被認為是太陽系早期形成過程中遺留的原始星子。與飛越任務前哈勃空間望遠鏡的觀測結果相一致，新視野號獲得的觀測資料顯示， 阿羅科斯兩部分的的表面都呈現出比冥王星表面更紅的顏色，這與觀測到的其他“冷經典”柯伊伯帶小天體的表面特性相一致。這樣的顏色是由於阿羅科斯表面存在大量的共聚物分子——託林。託林不是簡單的純淨物，是由最初的甲烷、乙烷等簡單結構有機化合物在紫外線照射下形成的，和甲烷、乙烷一樣廣泛存在於遠離恆星的寒冷星體上。

此外，新視野號還在阿羅科斯表面探測到了豐富的甲醇冰和其他的有機分子，以及水冰可能存在的痕跡。大量的甲醇和稀少的水冰標誌著在太陽系早期形成過程中，這片遙遠的太陽系原始星盤的外部區域由於被氣體和塵埃籠罩而溫度極低。CO、甲烷等氣體在低溫環境下得以凝結在塵埃顆粒上，為甲醇的產生以及水冰的分解提供了條件。

基於阿羅科斯的表面展現出的物質成分、光譜特徵以及地貌結構等特性，科學家認為它的表面可以追溯到40多億年前太陽系形成初期行星吸積的時期，因此，這個遙遠且原始的小天體可以為我們瞭解太陽系早期形成的過程提供重要的資訊。

不一樣的烤串兒模式

阿羅科斯的軌道半長軸為44.6個天文單位，軌道偏心率0.046，是一個近圓形的軌道，軌道週期297.67年。它的軌道傾角僅有2.45度，與黃道面十分接近。這樣的軌道構型表明阿羅科斯屬於柯伊伯帶小天體中的“冷經典”（Cold Classical KBOs）族群，也就是自太陽系形成以來的演化歷史中受到動力學干擾最少的一類柯伊伯帶小天體。

阿羅科斯繞最大的慣量主軸自轉，該軸與兩個部分各自的最大慣量主軸指向非常接近。阿羅科斯自轉週期是15.92小時，自轉軸與軌道面法向的夾角約為99度，與軌道面非常接近。這種情況與太陽系的一顆大行星——天王星非常相似，天王星的自轉軸與軌道面法向的夾角約為98度，看上去就像是躺在軌道上滾動的。在一個297.67年的公轉週期內，當自轉軸指向太陽時，其南極（或是北極）會受到長期的、穩定的、來自太陽的燒烤；而當其赤道朝向太陽時，則變成頭和屁股上下翻騰的燒烤模式，週期為15.92小時。顯然這樣做出來的烤串兒不僅能吸引顧客的眼球，還能收穫吃貨們的拳頭。

目前的研究認為，阿羅科斯目前的自轉狀態在其形成初期已經形成，天體撞擊、YORP效應和氣體揮發等都未在其演化歷史中顯著地改變它的空間的指向和自轉角速度。

都是太陽惹的禍

以上兩個因素：冰質組分和特殊的自轉，正是“雪人”塑身的關鍵。

原來，阿羅科斯接收到的太陽輻射強度儘管只有地球附近的2000分之一左右，但是太陽輻射仍然會影響其原始冰質物質的揮發。由於阿羅科斯的自轉軸與軌道面較近，軌道偏心率較小，在一個軌道週期內，兩極地區（“雪人”的正面和背面）的太陽輻射遠大於赤道區域（“雪人”的側面），因此也損失了更多的揮發性氣體成分從而不斷的趨近扁平。該形狀演化過程在阿羅科斯形成後100萬-1億年的時間內便已完成。

原來這一切都是曬太陽惹的禍！

結語

該研究結果表明，活動性氣體的揮發在太陽系形成初期對柯伊伯帶小天體（以及太陽系其他區域存在活動性氣體的小天體）的形狀的改變可能是普遍存在的，某些小天體在其後續演化過程如果到達了距離太陽更近的區域（半人馬天體或者木星族彗星），將可能由於不同氣體成分的揮發再次經歷類似的形狀演化過程。該工作近期發表在《自然-天文學》，該模型對太陽系早期星子形成理論、太陽系小天體的形成演化等研究具有重要的意義。

主編：毛瑞青

輪值主編：李國亮