一點(diǎn)說(shuō)了無(wú)數(shù)次但為了給新讀者指路還是要提一下的前情提要：

2014年12月3日，日本JAXA隼鳥2號(hào)探測(cè)器發(fā)射，2018年6月27日抵達(dá)小行星“龍宮”，開始了長(zhǎng)達(dá)一年半的伴飛探測(cè)，其間順利完成了兩次著陸采樣。

兩次著陸采樣點(diǎn)TD1和TD2的位置。兩次著陸采樣點(diǎn)分別被命名為“玉手箱”（Tamatebako）和“萬(wàn)寶槌”（Uchide-no-kozuchi），均來(lái)源于日本傳說(shuō)故事。

來(lái)源：JAXA、東大等 [1]

如今，隼鳥2號(hào)探測(cè)器帶著從“龍宮”采集到的樣品正在返回地球的途中，預(yù)計(jì)今年（2020年）12月底將樣品送回地球。

在過(guò)去的一年里，隼鳥2號(hào)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)通過(guò)隼鳥2號(hào)獲取的各種豐富的探測(cè)數(shù)據(jù)，揭開了一段又一段近地小行星“龍宮”的前生今世種種，其中一些最重量級(jí)的結(jié)果我們也都做過(guò)跟進(jìn)解讀，比如：

?1）近地小行星“龍宮”外形呈陀螺狀，是疏松的“亂石堆”聚集而成的小行星；2）“龍宮”的赤道隆起，是因?yàn)檫@顆小行星曾經(jīng)轉(zhuǎn)得很快，但后來(lái)自轉(zhuǎn)減慢了；3）“龍宮”上雖然有（羥基形式的）水，但遠(yuǎn)沒有科學(xué)家們之前預(yù)期的那么多，可以稱得上“干涸”；4）“龍宮”最可能來(lái)自主帶小行星波蘭（Polana）和歐拉莉婭（Eulalia）中一顆的碎片；5）“龍宮”表面的年輕非常年輕，可能形成于900萬(wàn)年前左右；6）“龍宮”生涯坎坷，可能經(jīng)歷過(guò)多次俄羅斯套娃式的毀滅和重組；……

感興趣的讀者可以在《科學(xué)》雜志|隼鳥2號(hào)的“龍宮”探險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)了些什么？和《科學(xué)》雜志|隼鳥2號(hào)的撞擊小行星實(shí)驗(yàn)全記錄里閱讀更多詳情。

近日，以東京大學(xué)諸田智克為首的隼鳥2號(hào)團(tuán)隊(duì)利用第一次著陸采樣獲取的科學(xué)信息，對(duì)小行星龍宮的演化史做出了進(jìn)一步探秘，這一結(jié)果于2020年5月8日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。?

Part. 1

“彩色”龍宮是什么鬼？文章一上來(lái)，就給了張彩色的小行星“龍宮”全球圖。乍一看到這樣圖，很多人可能會(huì)疑竇頓生，這紅紅藍(lán)藍(lán)的都是啥？難道“龍宮”其實(shí)是彩色的？?龍宮表面的b-x光譜斜率圖。來(lái)源：JAXA

那我以前見過(guò)黑白“龍宮”是啥？龍宮看起來(lái)到底是啥樣的？害，說(shuō)來(lái)話長(zhǎng)了。

作為一顆典型的一顆C型（碳質(zhì)）小行星，近地小行星龍宮的表面其實(shí)是非常暗的，只有5%的陽(yáng)光能被反射出來(lái)，literally炭一樣黑，而且黑得極其均勻。

事實(shí)上，肉眼看上去的龍宮差不多會(huì)是這樣：?隼鳥2號(hào)ONC-T相機(jī)2015年12月4日拍攝的地球和2018年6月21日拍攝的龍宮在接近肉眼狀態(tài)下看到的樣子。來(lái)源：JAXA、東京大學(xué)等[3]?這意味著，如果我們始終以肉眼的范圍作為標(biāo)準(zhǔn)的話，根本識(shí)別不出龍宮表面有啥特征。

這就有點(diǎn)像…如果我們用0-100米作為尺度來(lái)看待中國(guó)成年人的身高，那絕大多數(shù)人四舍五入都人人身高2米…相比于100米這么大的尺度，幾厘米幾分米的差異太小了，很難被發(fā)現(xiàn)。但如果我們把尺度范圍調(diào)整到1-2米這個(gè)范圍就會(huì)發(fā)現(xiàn)，大部分中國(guó)成年人身高會(huì)集中在1.5-1.8米，而且還能看出成年男性和女性的身高是有明顯差異的。然后我們甚至還能按年齡區(qū)間或者性別分個(gè)類，看到不同分類里的成年人身高有什么特征。

看小行星，也是類似的。既然“龍宮”整體都那么暗，那么我們只有對(duì)“評(píng)估”范圍作出調(diào)整，才有可能看出差異來(lái)。經(jīng)過(guò)“亮度調(diào)整”之后的，才是我們平?？吹降摹褒垖m”表面的樣子：不再是“漆黑一片”，而是有亮暗之分了。?龍宮兩面。來(lái)源：JAXA

但僅僅這樣，對(duì)有些科學(xué)研究還是不夠，我們常常還需要更明確的指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)就是“光譜特征”。不同區(qū)域的反射光被光譜儀“分解”之后，會(huì)顯示不同的反射率趨勢(shì)，這常常體現(xiàn)了不同區(qū)域含有的物質(zhì)成分差異。

反射率隨波長(zhǎng)遞增的區(qū)域，行星科學(xué)家們通常稱之為“光譜偏紅”，遞減的區(qū)域則稱為“光譜偏藍(lán)”。?把天體表面的物質(zhì)用光譜特征進(jìn)行分類。制圖：haibaraemily?通過(guò)這個(gè)指標(biāo)，我們可以把星球表面分成不同程度的“紅色單元”和“藍(lán)色單元”，為這些區(qū)域標(biāo)上假彩色以示區(qū)分，這就成了我們開頭看到的“彩色版”龍宮地圖了。

劃重點(diǎn)：假彩色，假彩色，假彩色。重要的事說(shuō)三遍！?

Part. 2

“紅色” vs “藍(lán)色”，說(shuō)明了什么？

通常來(lái)說(shuō)，我們目前認(rèn)為“光譜偏藍(lán)”的物質(zhì)往往更“新鮮”，而“光譜偏紅”的物質(zhì)往往較“蒼老”。注意，這里的“新鮮”和“蒼老”，指的并不是物質(zhì)本身的形成早晚，而是它們暴露出地表早晚。也就是說(shuō)，越是剛剛從地下被挖掘暴露出宇宙空間的物質(zhì)越“新鮮”，越是長(zhǎng)期暴露在宇宙空間中，經(jīng)歷（太陽(yáng)）風(fēng)吹日曬越久的物質(zhì)越“蒼老”。

盡管有一些研究認(rèn)為并不是所有情況都符合這個(gè)規(guī)律，但總體來(lái)說(shuō)，我們可以近似地套用這個(gè)“通式”：?制圖：haibaraemily?那這個(gè)通式可以直接套用在一個(gè)全新的小行星“龍宮”上么？倒也不能這么草率。得先考察一下是不是符合“龍宮”的實(shí)際情況。

經(jīng)過(guò)光譜分類之后，“龍宮”的表面被分成了“紅色”區(qū)域和“藍(lán)色”區(qū)域。簡(jiǎn)單比對(duì)可以看出：“紅色”區(qū)域通常更暗，“藍(lán)色”區(qū)域通常更亮。?（左）v波段 (5.5微米）龍宮局部照片黃色和藍(lán)色箭頭所指的都是相對(duì)于周圍較亮的區(qū)域，這在右圖都對(duì)應(yīng)這光譜偏藍(lán)的區(qū)域（hyb2_onc_20180801_183933_tvf），（右）b-x波段斜率圖。來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]

那“龍宮”上也是更“亮（藍(lán)）”的地方比更“暗（紅）”的地方更新鮮嗎？是的。

一方面，撞擊坑彼此間的的覆蓋關(guān)系可以給出證據(jù)：如果一個(gè)撞擊坑破壞了另一個(gè)撞擊坑的形狀，那么顯然前者形成于后者之后?！褒垖m”上直徑大于10米的撞擊坑可以明顯分為坑內(nèi)光譜“偏紅”和“偏藍(lán)”兩類，“藍(lán)坑”都形成于“紅坑”之后，說(shuō)明光譜偏藍(lán)的物質(zhì)更加新鮮。?（左）水星上兩個(gè)撞擊坑示例，來(lái)源：NASA；（右）“龍宮”上的“紅坑”和“藍(lán)坑”重疊關(guān)系。來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]?另一方面，石塊的邊緣、裂隙、濺射紋比周圍的石塊表面更亮，表明這些剛剛暴露出來(lái)、或者受磨損更劇烈的地方（也是更亮、更“藍(lán)”的地方）更新鮮，之后隨著暴露在宇宙空間中逐漸變暗（“紅”）。?采樣區(qū)附近局部區(qū)域。來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]?然而，除了撞擊坑和部分石塊之外，“龍宮”的赤道和兩極是整體偏“藍(lán)”的，中緯區(qū)域整體偏“紅”，這又是怎么回事呢？如果說(shuō)是中緯區(qū)域更古老，那古老的區(qū)域又是怎么變“紅”的？?龍宮表面的b-x光譜斜率圖。來(lái)源：JAXA?

Part. 3

?怎么“紅”的？按照我們既有的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)認(rèn)知，小行星“龍宮”上的物質(zhì)變“紅”最可能有兩個(gè)原因：1）太陽(yáng)炙烤產(chǎn)生的熱變質(zhì)；2）空間風(fēng)化。兩者的顯著差異之一是“紅化”物質(zhì)的深度。?“龍宮”表面被“紅化”的過(guò)程示意圖。改編自：參考文獻(xiàn)[2]?那“龍宮”表面是因何“變紅”的？隼鳥2號(hào)的觀測(cè)結(jié)果更支持第一種可能：太陽(yáng)炙烤，換句話說(shuō)就是“烤老了”。主要證據(jù)有兩個(gè)：

1）“龍宮”的兩極物質(zhì)比赤道更“藍(lán)”。赤道和兩極物質(zhì)偏藍(lán)，這本身是容易理解的，因?yàn)椤褒垖m”如今的地形是赤道和兩極地勢(shì)更高，中緯區(qū)域地勢(shì)低，那么原本覆蓋在赤道和兩極的成熟（“紅色”）物質(zhì)自然會(huì)不斷向地勢(shì)更低的中緯區(qū)域移動(dòng)，讓埋在地下的新鮮（“藍(lán)色”）物質(zhì)暴露出來(lái)。但如果僅僅是這樣，那“龍宮”的兩極比赤道物質(zhì)還要“偏藍(lán)”就有點(diǎn)說(shuō)不通了?？赡艿慕忉屖浅宋镔|(zhì)移動(dòng)之外，赤道還相比于兩極受到了更多光照所致（龍宮的自轉(zhuǎn)傾角171.6°，接近于垂直黃道面的逆行自轉(zhuǎn)，這意味著極區(qū)光照較少）。

2）“龍宮”上的“紅色”物質(zhì)層還是挺厚的。直徑小于10米的新鮮撞擊坑內(nèi)部并不是“藍(lán)色”而是“紅色”的，表明這個(gè)大小的新鮮撞擊坑還沒有撞穿“紅色”物質(zhì)層，由此推測(cè)，龍宮表面的“紅色”物質(zhì)層最起碼應(yīng)該有米級(jí)厚度，空間風(fēng)化應(yīng)該沒有這么大能力。

?新鮮“紅”坑的存在表明紅色物質(zhì)最起碼得有米級(jí)厚度。改編自：參考文獻(xiàn)[2]?但僅僅是太陽(yáng)炙烤，還不足以讓“龍宮”表面變成現(xiàn)在這個(gè)樣子：因?yàn)轹励B2號(hào)實(shí)際發(fā)現(xiàn)的“紅色”物質(zhì)分布更深、顆粒更小。

隼鳥2號(hào)的著陸采樣是非常“暴力”的，在短短幾秒鐘的“親密”接觸里，隼鳥2號(hào)從采樣桿中高速射出一顆鉭質(zhì)子彈，濺起的表面物質(zhì)彈入采樣桿中被收集起來(lái)，再加上隨后的發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣起飛，這一系列“暴力”操作讓“龍宮”表面一時(shí)間漫天碎屑，也改變了“龍宮”表面的原本的物質(zhì)分布。2019年2月22日，隼鳥2號(hào)第一次著陸采樣過(guò)程，小圖是采樣桿上的監(jiān)視相機(jī)CAM-H拍攝，大圖是ONC-W1相機(jī)拍攝。來(lái)源：JAXA、東大等 [4]

?最為明顯的是一塊叫做“龜石”的石塊。這個(gè)石塊原本相對(duì)于周圍是偏暗（“紅”）的，但在反應(yīng)控制系統(tǒng)（RCS）噴氣之后生生被水平飛濺出5米多，而且…瞬，間，變，亮（“藍(lán)”），了…?龜石（Turtle Rock）的亮暗變化。來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]?這意味著，這塊石頭其實(shí)是新鮮（光譜偏藍(lán)）的，只是表面或者空隙里附著了一層更細(xì)膩、光譜偏紅的成熟物質(zhì)，所以看起來(lái)才會(huì)是暗的。經(jīng)過(guò)隼鳥2號(hào)這么暴力一抖，這些“紅色”物質(zhì)掉渣一般抖落，石塊也就恢復(fù)了原本的“青春靚麗”。

著陸采樣前后的光譜對(duì)比也證實(shí)了這點(diǎn)：采樣區(qū)（圓圈內(nèi)）原本相比于周圍是偏亮偏“藍(lán)”（新鮮）的，而經(jīng)過(guò)一通暴力操作之后變得更暗更“紅”（成熟）了。?著陸區(qū)反射率和光譜斜率圖變化。來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]?如果還記得我們上期（《科學(xué)》雜志?| 隼鳥2號(hào)的撞擊小行星實(shí)驗(yàn)全記錄）說(shuō)的…“打臉”來(lái)的如此之快（好了就當(dāng)上期沒說(shuō)過(guò)吧orz）…采樣之后形成的暗色物質(zhì)并不是挖掘出的新鮮物質(zhì)，其實(shí)只是被抖落下的古老的暗（“紅”）色物質(zhì)渣渣而已。?ONC-W1相機(jī)拍攝的采樣前后龍宮表面的變化。來(lái)源：JAXA、東大等[4]?這些近距離觀測(cè)都直指“龍宮”表面的“紅色”物質(zhì)在形成之后又進(jìn)行過(guò)一系列破碎和混合。?龍宮表面“紅色”物質(zhì)的形成和重分布過(guò)程。改編自：參考文獻(xiàn)[2]?

Part. 4

?啥時(shí)候“紅”的？?“紅坑”和“藍(lán)坑”的形成時(shí)間可以“鎖死”“龍宮”的變“紅”時(shí)期。?“龍宮”上的“紅坑”形成于850萬(wàn)年前，而“藍(lán)坑”則形成于30萬(wàn)年前（按主小行星帶撞擊頻率推算）/810萬(wàn)年前（按近地小行星撞擊頻率推算），顯然，“龍宮”表面的“紅化”必然發(fā)生在這兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)之間。

?

“紅坑”和“藍(lán)坑”的撞擊坑定年CSFD，MBA對(duì)應(yīng)主小行星帶撞擊率模型，NEA對(duì)應(yīng)近地小行星撞擊率模型。來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]?

Part. 5

漂泊半生如果“藍(lán)坑”形成時(shí)，“龍宮”已經(jīng)來(lái)到了如今的近地小行星軌道，那么“龍宮”表面的“紅化”過(guò)程將會(huì)在很短的時(shí)間里完成（最極端的情況可能是850萬(wàn)年-810萬(wàn)年前這短短的40萬(wàn)年里）。

也就是說(shuō)，“龍宮”需要在很短的時(shí)間里因?yàn)橥蝗患觿〉奶?yáng)炙烤開始并完成“紅化”，同一時(shí)期還需要完成從主小行星帶到近地小行星軌道的遷徙。

時(shí)間緊任務(wù)重，兩個(gè)條件一合計(jì)，“龍宮”最可能被太陽(yáng)炙烤“紅化”的時(shí)期呼之欲出，那就是在軌道遷徙過(guò)程中?！褒垖m”的軌道這一階段變得高度橢圓，近日點(diǎn)變得離太陽(yáng)非常近，結(jié)果就是“龍宮”表面在短暫地接近太陽(yáng)的過(guò)程中被迅速“烤老”了。

經(jīng)過(guò)層層推理，諸田及其同事們理順了這條時(shí)間線：?“龍宮”表面和軌道演化史。改編自：參考文獻(xiàn)[2]?就這樣，從表面反射率信息，進(jìn)而推測(cè)出小行星上發(fā)生過(guò)的地質(zhì)變化、物質(zhì)遷移，又抽絲剝繭還原出整顆小行星動(dòng)蕩的軌道變遷，這出推理劇著實(shí)有點(diǎn)燒腦。好消息是，隼鳥2號(hào)第一次著陸采樣的區(qū)域里混合著“紅藍(lán)”物質(zhì)，也就是說(shuō)，隼鳥2號(hào)很可能“新鮮”“成熟”兩種物質(zhì)都采集到了，這些“龍宮”樣品正在飛回地球的途中，有望給行星科學(xué)家們進(jìn)一步深入研究呢。?

參考資料：[1]http://www.hayabusa2.jaxa.jp/enjoy/material/press/Hayabusa2_Press20190709_ver8.pdf[2]Morota, T., Sugita, S., Cho, Y., Kanamaru, M., Tatsumi, E., Sakatani, N., ... & Yokota, Y. (2020). Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution. Science, 368(6491), 654-659. DOI: 10.1126/science.aaz6306[3]JAXA | リュウグウ到著！http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20180629je/index.html[4]JAXA | A sunburned Ryugu: the asteroid surface has been weathered by the Sun!http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20200508_science/

出品：科普中國(guó)制作：haibaraemily監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

（本文中標(biāo)明來(lái)源的圖片已獲得授權(quán)）

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