研究揭示圖塔蒂斯小行星的形成機制

近日，《英國皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）發表了中國科學院紫金山天文台季江徽課題組與其合作者基於嫦娥二號探測數據對近地小行星圖塔蒂斯形成機制的最新研究成果，揭示了在地球潮汐效應作用下可形成該小行星延展型雙瓣結構。該項成果對深入了解近地雙小行星的形成與演化具有重要科學意義。

圖塔蒂斯是對地球構成潛在威脅的最大近地天體，在2012年之前每4年會接近一次地球，因此一直以來為國際社會所廣為關注。據估計，地球附近存在數百萬顆幾十米大小但未被發現的近地天體，對人類生存形成長期隱患。2012年12月13日，我國嫦娥二號探測器在完成既定任務後在距地球約700萬千米遠的深空，以10.73 km/s的相對速度近距離飛越了圖塔蒂斯，獲得了一系列高精度光學圖像（圖1），發現圖塔蒂斯具有雙瓣結構-由較小一端的「頭部」與較大一端的「身體」組成，即為一顆近地接觸雙小行星。近年來大量天文觀測表明，直徑大於200米的近地小行星中大約14%屬於該類接觸雙小行星，其基本特徵是呈現雙瓣結構，由兩部分構成。因此，如何形成這種非常有趣的雙瓣結構的小行星是一個值得關注的科學問題。

在研究中，研究人員提出一種圖塔蒂斯形成的新機制：假設最初圖塔蒂斯的「母體」是一顆雙小行星，即由主星與衛星組成，它們相互之間潮汐鎖定。由於圖塔蒂斯的軌道傾角很小，在太陽系繞日軌道運行中它有較大概率近距飛越地球，因此地球引力影響了主星和衛星的軌道同時地球的潮汐作用使其形狀發生變形，結果導致衛星軌道失穩而與主星發生低速碰撞，最後兩者併合後形成了圖塔蒂斯目前形狀特徵-雙瓣延展型結構（圖2）。在該項研究中，科研團隊基於散體力學軟球離散元接觸模型，利用N體模擬方法開展了大量數值計算，揭示了該小行星的形成過程。這些研究表明行星潮汐效應在近地小行星形成演化中起到重要作用，闡明了分離雙小行星與接觸雙小行星之間的聯繫，可為我國未來小行星深空探測任務科學目標提供科學依據。

長期以來，紫金山天文台行星科學團隊立足於基礎研究，與合作者持之以恆深度挖掘嫦娥二號探測數據，揭示了圖塔蒂斯小行星的物理特性、表面特徵、內部結構與形成機理（Huang, Ji & Ye et al.2013,Scientific Reports）；發現圖塔蒂斯小行星表面大部分碎石來源於早期母體形成時的殘留碎片，獲得其表面撞擊坑保留年齡約為16億年（Jiang, Ji，Huang et al.2015,Scientific Reports）；揭示了其自轉軸與角動量軸之間的較大夾角導致該小行星在空間中「翻跟頭」（Zhao, Ji，Huang et al. 2015,MNRAS）。

圖塔蒂斯系列研究成果在國內外取得了很好的反響：在2014年第十二屆「小行星、彗星和流星」國際會議（ACM2014）作大會特邀報告，於2016年在第十七屆「中美Kavli前沿科學研討會」作大會特邀主題報告，在每10年出版一期的國際小行星綜述專著Asteroid IV（約10年出版一次）中大篇幅介紹與引用，入選「2013年度十大天文科技進展」，入選《國家自然科學基金資助項目優秀成果選編（六）》，入選「十八大」以來中科院創新成果展。

該工作的第一作者為紫金山天文台博士胡壽村，合作者包括美國馬里蘭大學和清華大學的研究人員，該項研究工作得到了國家自然科學基金項目（11473073, 11503091, 11661161013, 11633009, 11673072）、中科院創新交叉團隊、中科院行星科學重點實驗室等資助。

圖1 嫦娥二號飛越探測圖塔蒂斯光學圖像（Huang et al., 2013）。

圖2 圖塔蒂斯小行星雙瓣結構的形成過程（Hu et al., 2018）。

來源：中國科學院紫金山天文台

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