天文学教程：著名小行星

通过仔细观测，尤其是借助于飞船的探访和研究，人们对于一些小行星已经有了比较清楚的了解。

7.1.4.1　灶神星

灶神星（4 Vesta）的形状近似于三轴长为572.6 km×557.2 km×446.4 km的椭球，NASA的黎明号空间飞船（Dawn Spacecraft）近距拍摄到其表面有多样的复杂特征（见图7-11），有大量陨击坑，最显著的是其南极附近的雷亚·西尔维亚（Rhea Silvia）陨击坑（盆地），直径为505 km，深约19 km，中央峰高出坑底23 km，坑缘最高部分与坑底低点的高度差为31 km（见图7-12）。估计该次大陨击开掘了约1%的灶神星体积，抛出的碎块成为灶神星族的和V形的小行星，该坑较年轻（约10亿年），也是HED陨石的原来抛出源。所有已知V形小行星仅约占抛出体积的6%，其余的或是被近于3∶1柯克伍德空隙抛出的小碎块，或是被雅可夫斯基效应或辐射压力扰动离去。哈勃望远镜所摄光谱分析表明，该坑穿过外壳几层，可能深到星幔。该坑中央的峰高为250～25 km，宽为180 km。还有直径为395 km的下伏Veneneia盆地，至少有20亿年老，被雷亚·西尔维亚陨击覆盖和部分地抹去。与Veneneia盆地同心的一系列槽谷（troughs）可能是陨击所致的断裂。

图7-11　灶神星的合成像

显见南半球大陨击坑及其中央峰（下端）、“雪人”坑（左上）和“农神地槽”（右部）

图7-12　灶神星的南极区

它表面还有几个老的、退化的大陨击坑，如赤道区的Feralia平原（约为270 km）。直径158 km的Varronilla坑和196 km的Postumia坑是更近期的较明锐陨击坑。其北半球有三个邻近的陨击坑组成的群，因其形貌而称为“雪人坑”，从大到小，它们的正式命名依次为Marcia，Calpurnia和Minucia（见图7-13左边），其中，Marcia坑最年轻，而Minucia坑最老。

图7-13　“雪人”陨击坑群（图的左方）和槽谷（左上方）

赤道区大部分被一系列同心槽谷“雕刻”（见图7-14），是断裂运动分开的标志。最大的是戴瓦丽亚地槽（Divalia Fossa），长为465 km、宽为10～20 km、深为5 km。第二系列是对于赤道倾斜北部的农神地槽（Saturnalia Fossa），宽约40 km、长为370 km。这些地槽的成因曾令人迷惑，合理的解释是：在巨大陨击产生雷亚·西尔维亚和Veneneia两个大盆地时，强力的陨击激波可以导致赤道区的大尺度地堑，成为太阳系最长的大峡谷之一。

图7-14　赤道区沟槽

可见光和红外光谱、伽马射线、中子探测和摄像都表明，灶神星表面成分大多与HED陨石的成分匹配。其表面覆盖浮土，由角砾岩化作用与后来的亮、暗成分混合主宰。暗成分是因落入了含碳物质，而亮成分是原玄武质浮土。

有些HED陨石可能来自灶神星深部，可提供灶神星的内部结构和地质历史的线索。237442号小行星1999 TA10的红外研究暗示它来自灶神星的内部。结合黎明号飞船的探测资料，可以推算出灶神星的内部结构。它有金属铁-镍的核，直径为214～226 km，占总质量的18%，其外是橄榄岩石的幔和最外部的岩壳（见图7-15）。

图7　15　灶神星内部的核、幔、壳结构

7.1.4.2　爱神星、玛蒂尔德星、加斯普拉星、艾达星及其卫星

了解得比较清楚的还有以下小行星。

1）爱神星

爱神星（433 Eros）（见图7-16）自1898年8月13日发现以来，一直受到人们关注。它的轨道半长径a为1.458 AU，公转周期P为1.76 a，轨道偏心率e为0.223，轨道对黄道面倾角i为10.829°，自转周期为4 h 16 min。

图7-16　爱神星的不同侧面像（左）与局部高分辨像（右）

NASA的太空探测飞船“会合-舒梅克号（Near Earth Asteroid Rendezvous-Shoemaker，NEAR）”在2000—2001年环绕爱神星探测，得出它是近于三轴长13 km×13 km×33 km的山芋形，质量为7.2×1015kg，平均密度为2.4 g／cm3。它是S（石质）类小行星。其表面的昼夜温度变化范围为100～-150℃。陨击严重（因而很古老），一侧有个很锐隆起边缘的大（9 km）陨击坑，另侧有个大鞍状凹陷（可能也是陨击的），到处可见10～20 m大小的石块及尘土，还有沟以及其他复杂特征。或许10年前遭受过一次大陨击，抛射的较大岩石以及碎屑流飞落到其大部分表面，大陨击的震波经过而毁坏了较小陨击坑，导致其表面陨击坑的奇特分布。X射线谱仪探测到它的元素成分有镁、铁、硅，可能还有铝和钙，说明爱神星是原始的，没有发生过熔融分异为核、幔、壳结构，但受太阳风和陨击作用而发生了“空间风化”。NEAR磁力计没有探测出预想的磁场，而作为小行星碎块的陨石却有残余磁场，这就成为“磁场之谜”。

2）玛蒂尔德星

玛蒂尔德星（253 Mathilde）（见图7-17）是1885年11月12日发现的，其轨道的a、P、e、i分别为1.94 AU、4.31 a、0.266、6.71°。它自转周期长达417.36 h；它表面很暗，反照率仅3%，是富碳的C类小行星。NEAR飞船近距探测得出，它的质量约为1×1017kg，平均直径为61 km，形状很不规则，表面有很多从直径小于0.5 km到30 km的陨击坑。大陨击坑的隆起坑缘说明抛射的物质飞得不远就落回表面，某些坑缘的笔直剖面表明断裂或断层影响坑的形成：它的平均密度甚至小于水的密度，说明其内部有很多空隙消耗陨击能量，因而抛出物不会落得很远。

图7-17　253 Mathilde（左边是近于背太阳侧，仅几个脊显见）(www.xing528.com)

3）加斯普拉星

加斯普拉星（951 Gaspra）（见图7-18）是1916年发现的。其轨道的a、P、e、i分别为1.82 AU、3.28 a、0.173、4.10°，自转周期为7.04 h。1991年，伽利略飞船在飞往木星的途中近距飞越它，成为飞船探测的第一颗小行星。它的质量约为1016kg，平均直径为19 km，形状不规则（三轴直径为20 km×12 km×11 km）。它是S类小行星，花神星族成员。它表面有600多个小陨击坑，但缺少大的陨击坑，还有类似沟的线性特征（宽100～300 m，深几十米）、弯曲凹陷和脊，说明表面较年轻（3亿～5亿年），或许它本身就是大母体撞出来的碎块。

图7-18　951 Gaspra的系列像

4）艾达星及其卫星

艾达星（243 Ida）（见图7-19）是1884年9月29日发现的，其轨道的a、P、e、i分别为2.861 AU、4.84 a、0.046、1.138°，自转周期为4 h 39 min。1993年，伽利略飞船近距飞越它。它的质量约为4.2×1016kg，形状不规则，近于三轴为60.0 km×25.2 km×18.6 km的椭球，平均密度为2.6 g／cm3。它是S类小行星，鸦女星族成员，它表面是严重陨击和不均匀的，各区域的成分有差别，说明表面至少10亿年老，或许它本身就是大母体（200～300 km）撞出来的碎块。

图7-19　243 Ida（左）及其卫星（右）

飞船还拍摄到它的卫星——243 Ida I Dactyl，离Ida中心约100 km，其形状近于三轴为1.6 km×1.4 km×1.2 km的椭球，表面有10多个大于80 m的陨击坑。它的性质与Ida类似，属S类。

7.1.4.3　婚神星和智神星

婚神星（3 Juno）（见图7-20）轨道的a、P、e、i分别为2.668 AU、4.36 a、0.2583、12.971°，是Juno族小行星的最大成员。它逆向自转，自转周期为7.2 h，自转轴对轨道面倾角为51°。它的质量为3.0×1019kg。其形状很不规则，三条轴长分别为290 km，240 km，190 km，平均密度为3.4 g／cm3，是第二大的S类小行星，几何反照率（0.238）是S类中最高的。表面各区域亮暗不一、高低起伏，在暗区有个约100 km的大陨击坑，或者是被抛射碎屑覆盖的小陨击坑。其光谱特性说明，它可能是普通球粒陨石的源体。它的轨道在1839年左右略微变了一下，这可能是被相当大的小行星撞击，或者从近旁经过引起其摄动所致。

图7-20　婚神星及其4波段单色像

智神星（2 Pallas）轨道的a、P、e、i分别为2.773 AU、4.62 a、0.231、34.841°。它的自转周期为7.813 h，自转轴倾角为57°或65°。它的质量为2.2×1020kg，形状不规则，三条轴长分别为570 km，525 km，500 km，平均密度为2.8 g／cm3，其几何反照率为0.159，光谱特征类似于Renazzo碳质球粒陨石（CR）。

7.1.4.4　系川（Itokawa）和其他有趣的小行星

图7-21　小行星系川

系川（25143 Itokawa）1998 SF36（见图7-21）是1998年9月26日发现的阿波罗型S类小行星，2000年被选为日本的隼鸟（Hayabusa）飞船探测对象，其轨道a、P、e、i分别为1.324 AU、1.52 a、0.280、1.622°，自转周期为12.132 h，反照率为0.53。飞船探测显示，它的三条轴长分别为535 m，294 m，209 m，质量为3.58×1010kg，平均密度为1.95 g／cm3，这与土星的冰卫星相当，或者其内部有孔隙。它表面缺少陨击坑而满布从细尘到碎石片再到50 m的大石块，这意味着它不是单块岩体，而是由碎石长时间胶合而成的石堆，或者说，它是怪异的“石堆小行星”。其表面的平坦区域——“沙海”（Muses Sea）对应于低重力区，说明陨击震动造成块体运动和有效改造表面的过程。红外和X射线谱仪的结果表明它有球粒陨石的成分。

9969 Braille（1992 KD）（见图7-22）是1992年5月27日发现的，其轨道a、P、e、i分别为2.345 AU、3.59 a、0.431、28.895°。1999年，NASA的“深空1号（Deep Space 1）”飞船近距飞越，测得它是2.2 km×1 km的哑铃状，其光谱因而其成分均类似于灶神星，推测它是从灶神星陨击出来的。

图7-22　小行星9969 Braille

5535 Annefrank（见图7-23）是1942年发现的内主带Augusta族小行星，其轨道a、P、e、i分别为2.213 AU、3.29 a、0.063、4.25°。NASA于1999年发射的星尘号飞船在2002年飞越它，探测出它的形状不规则，三条轴长分别为6.6 km，5.0 km，3.4 km，短轴垂直于轨道面，反照率为0.24，表面不均匀，有陨击坑，边界表面暗示其由母体断裂时形成。

图7-23　“星尘”飞船拍摄的小行星5535 Annefrank

4769 Castalia（见图7-24）是美国加州理工学院的Eleanor Helin在1989年8月9日发现的一颗近地小行星。由射电望远镜探测与计算机模拟得到其形状似哑铃，长约1.8 km，成分相似的两瓣各约0.75 km，中间凹下100～150 m，它可能是两块体经温和撞击而结合在一起的“密接”双小行星。

图7-24　小行星4769 Castalia

4179 Toutatis早见于1934年2月10日（当时被记为1934 CT），但很快看不到了，直到1989年1月4日才再次发现（1989 AC），并以北欧凯尔特神话中的战神图塔蒂斯命名。它是阿波罗型的，其轨道a、P、e、i分别为2.531 AU、1.03 a、0.630、0.445°。它多次接近地球，雷达图像显示它的形状很不规则。嫦娥二号探月卫星完成探月任务后，于2012年12月15日离地球7×106km时近距飞越它，拍摄到它的高清晰图像（见图7-25）。其外形古怪如多瘤花生或有头-颈-体的玩偶，长4.46 km，宽2.4 km，它像陀螺那样绕着自己形状的最长轴以5.41 d周期自转，同时其长轴以7.35 d周期进动。