小行星的周围有什么？

百科 2024-10-29 20:01 北京

小行星，指的是太阳系中环绕太阳运动的、体积和质量远小于八大行星的天体，它们保留了太阳系形成最初的物质，可为我们研究太阳系及生命起源提供线索。俗话说：“出门看天气。”你们知道小行星周围的“天气”是什么样的吗？人类的探测器飞向它的话，将面临着什么？

（图源《知识就是力量》杂志）

轰击小行星的太阳风

我们所知的太空并不是完全真空的，而是充满各种高速的辐射粒子。这些粒子主要由“脾气”不好的大火球——太阳时不时喷射而出，被称作太阳风，主要由带正电的氢离子和带负电的电子组成。

太阳风的速度极快，约为子弹速度的1000倍，在太阳风暴期间，其速度还会增加。这些高速粒子会对卫星仪器、通信设备、人体健康等带来危害。所幸地球拥有一个全球性的地磁场，它就像地球的保护伞，可以让粒子在距离地球几万公里外就发生偏转。

然而，小行星就没有这么幸运了。绝大部分小行星既没有强大的磁场，也没有浓密大气层的保护，导致太阳风粒子会直接轰击，并在其表面进行一系列复杂的活动。

太阳风与小行星相互作用示意图（供图 / 谢良海）

被太阳风改造的

小行星表面

太阳风中主要离子成分——氢离子，可以打进小行星表面几十到几百纳米深，并被其表面吸收掉大部分；另外一部分太阳风粒子则会被小行星表面反射回去，这些粒子中既有中性原子，也有带正电或负电的离子。

在轰击作用下，小行星表面会释放一些气体分子，这些气体分子与反射的太阳风粒子聚在一起，组成了小行星周围稀薄的气体外逸层。由于大部分太阳风都被向阳面吸收，小行星的背阴面则会出现一个低密度、低压强的空腔区域。

经过几十亿年的持续轰击，小行星表面尘埃的晶体结构会被破坏，出现很多晶体缺陷。同时，其表面物质的化学成分也会被太阳风改造。这就是它表面变粗糙、变暗的原因，我们将其称作小行星表面太空风化。

表面“带电”？

在轰击小行星表面的过程中，太阳风会将自身的电荷转移给小行星；同时，小行星表面也在太阳光照作用下发射光电子（光子与物质发生光电效应时产生的自由电子），造成电荷损失。

这些电荷的转移和损失过程使得小行星表面带电，至于带正电还是负电，则取决于哪种“充电”电流占主导。小行星的向阳面以发射光电子电流为主，会剩下更多正电荷，带正电，一般在正10伏特左右；而背阴面没有太阳光照，不会发射光电子，但会接收做热运动（粒子永不停息地进行无规则运动，会受到温度影响）的太阳风电子，带负电，一般可达负几十到上百伏特。

近地小行星 2016HO3 周围电势分布的三维仿真结果图（供图 / 谢良海 )

小行星的“小尾巴”

按是否有物质喷发来划分，可将小行星分为无大气小行星和活动小行星。

大部分小行星都是无大气小行星，没有物质喷发，其周围几乎没有中性大气和尘埃，太阳风可以直接与其表面进行相互作用。然而，近年来，人们在小行星带中发现了一些具有与彗星类似的喷发活动的小行星。

这种自身喷发的气体或尘埃在太阳光和太阳风的作用下，会朝着背离太阳的方向运动，最终形成气体或尘埃尾巴。人们将这种小行星定义为活动小行星或主带彗星。

一般而言，这种小行星的活动可能与水有关，并且可能是早期地球上水的重要来源；同时，这些小行星上还可能存在早期的生命痕迹，可为探究太阳系生命起源提供线索。

因此，主带活动小行星目前已成为国际上科学研究的热点，中国计划在2025年发射天问二号，对近地小行星2016HO3进行采样返回、对主带活动小行星311P进行绕飞探测。未来，我们有望获得小行星尾巴的分布特征，并在太阳系水和生命起源的研究方面取得重要突破。

小行星的气体和尘埃尾巴示意图（图源《知识就是力量》杂志）

小行星探测不仅是对宇宙奥秘的追寻，也是对地球未来的深思。小行星，这些宇宙中的“时间胶囊”，记录着太阳系诞生之初的信息。每一次接近，都是人类智慧与勇气的体现。

撰文| 谢良海