一點說了無數次但為(wei) 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號探測器發射，2018年6月27日抵達小行星“龍宮”，開始了長達一年半的伴飛探測，其間順利完成了兩(liang) 次著陸采樣。

兩(liang) 次著陸采樣點TD1和TD2的位置。兩(liang) 次著陸采樣點分別被命名為(wei) “玉手箱”（Tamatebako）和“萬(wan) 寶槌”（Uchide-no-kozuchi），均來源於(yu) 日本傳(chuan) 說故事。

來源：JAXA、東(dong) 大等 [1]

如今，隼鳥2號探測器帶著從(cong) “龍宮”采集到的樣品正在返回地球的途中，預計今年（2020年）12月底將樣品送回地球。

在過去的一年裏，隼鳥2號團隊已經通過隼鳥2號獲取的各種豐(feng) 富的探測數據，揭開了一段又一段近地小行星“龍宮”的前生今世種種，其中一些最重量級的結果我們(men) 也都做過跟進解讀，比如：

 1）近地小行星“龍宮”外形呈陀螺狀，是疏鬆的“亂(luan) 石堆”聚集而成的小行星；2）“龍宮”的赤道隆起，是因為(wei) 這顆小行星曾經轉得很快，但後來自轉減慢了；3）“龍宮”上雖然有（羥基形式的）水，但遠沒有科學家們(men) 之前預期的那麽(me) 多，可以稱得上“幹涸”；4）“龍宮”最可能來自主帶小行星波蘭(lan) （Polana）和歐拉莉婭（Eulalia）中一顆的碎片；5）“龍宮”表麵的年輕非常年輕，可能形成於(yu) 900萬(wan) 年前左右；6）“龍宮”生涯坎坷，可能經曆過多次俄羅斯套娃式的毀滅和重組；……

感興(xing) 趣的讀者可以在《科學》雜誌|隼鳥2號的“龍宮”探險發現了些什麽(me) ？和《科學》雜誌|隼鳥2號的撞擊小行星實驗全記錄裏閱讀更多詳情。

近日，以東(dong) 京大學諸田智克為(wei) 首的隼鳥2號團隊利用第一次著陸采樣獲取的科學信息，對小行星龍宮的演化史做出了進一步探秘，這一結果於(yu) 2020年5月8日在線發表於(yu) 《科學》雜誌。 

Part. 1

“彩色”龍宮是什麽(me) 鬼？文章一上來，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(hui) 疑竇頓生，這紅紅藍藍的都是啥？難道“龍宮”其實是彩色的？ 龍宮表麵的b-x光譜斜率圖。來源：JAXA

那我以前見過黑白“龍宮”是啥？龍宮看起來到底是啥樣的？害，說來話長了。

作為(wei) 一顆典型的一顆C型（碳質）小行星，近地小行星龍宮的表麵其實是非常暗的，隻有5%的陽光能被反射出來，literally炭一樣黑，而且黑得極其均勻。

事實上，肉眼看上去的龍宮差不多會(hui) 是這樣： 隼鳥2號ONC-T相機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下看到的樣子。來源：JAXA、東(dong) 京大學等[3] 這意味著，如果我們(men) 始終以肉眼的範圍作為(wei) 標準的話，根本識別不出龍宮表麵有啥特征。

這就有點像…如果我們(men) 用0-100米作為(wei) 尺度來看待中國成年人的身高，那絕大多數人四舍五入都人人身高2米…相比於(yu) 100米這麽(me) 大的尺度，幾厘米幾分米的差異太小了，很難被發現。但如果我們(men) 把尺度範圍調整到1-2米這個(ge) 範圍就會(hui) 發現，大部分中國成年人身高會(hui) 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。然後我們(men) 甚至還能按年齡區間或者性別分個(ge) 類，看到不同分類裏的成年人身高有什麽(me) 特征。

看小行星，也是類似的。既然“龍宮”整體(ti) 都那麽(me) 暗，那麽(me) 我們(men) 隻有對“評估”範圍作出調整，才有可能看出差異來。經過“亮度調整”之後的，才是我們(men) 平常看到的“龍宮”表麵的樣子：不再是“漆黑一片”，而是有亮暗之分了。 龍宮兩(liang) 麵。來源：JAXA

但僅(jin) 僅(jin) 這樣，對有些科學研究還是不夠，我們(men) 常常還需要更明確的指標，這個(ge) 指標就是“光譜特征”。不同區域的反射光被光譜儀(yi) “分解”之後，會(hui) 顯示不同的反射率趨勢，這常常體(ti) 現了不同區域含有的物質成分差異。

反射率隨波長遞增的區域，行星科學家們(men) 通常稱之為(wei) “光譜偏紅”，遞減的區域則稱為(wei) “光譜偏藍”。 把天體(ti) 表麵的物質用光譜特征進行分類。製圖：haibaraemily 通過這個(ge) 指標，我們(men) 可以把星球表麵分成不同程度的“紅色單元”和“藍色單元”，為(wei) 這些區域標上假彩色以示區分，這就成了我們(men) 開頭看到的“彩色版”龍宮地圖了。

劃重點：假彩色，假彩色，假彩色。重要的事說三遍！ 

Part. 2

“紅色” vs “藍色”，說明了什麽(me) ？

通常來說，我們(men) 目前認為(wei) “光譜偏藍”的物質往往更“新鮮”，而“光譜偏紅”的物質往往較“蒼老”。注意，這裏的“新鮮”和“蒼老”，指的並不是物質本身的形成早晚，而是它們(men) 暴露出地表早晚。也就是說，越是剛剛從(cong) 地下被挖掘暴露出宇宙空間的物質越“新鮮”，越是長期暴露在宇宙空間中，經曆（太陽）風吹日曬越久的物質越“蒼老”。

盡管有一些研究認為(wei) 並不是所有情況都符合這個(ge) 規律，但總體(ti) 來說，我們(men) 可以近似地套用這個(ge) “通式”： 製圖：haibaraemily 那這個(ge) 通式可以直接套用在一個(ge) 全新的小行星“龍宮”上麽(me) ？倒也不能這麽(me) 草率。得先考察一下是不是符合“龍宮”的實際情況。

經過光譜分類之後，“龍宮”的表麵被分成了“紅色”區域和“藍色”區域。簡單比對可以看出：“紅色”區域通常更暗，“藍色”區域通常更亮。 （左）v波段 (5.5微米）龍宮局部照片黃色和藍色箭頭所指的都是相對於(yu) 周圍較亮的區域，這在右圖都對應這光譜偏藍的區域（hyb2_onc_20180801_183933_tvf），（右）b-x波段斜率圖。來源：參考文獻[2]

那“龍宮”上也是更“亮（藍）”的地方比更“暗（紅）”的地方更新鮮嗎？是的。

一方麵，撞擊坑彼此間的的覆蓋關(guan) 係可以給出證據：如果一個(ge) 撞擊坑破壞了另一個(ge) 撞擊坑的形狀，那麽(me) 顯然前者形成於(yu) 後者之後。“龍宮”上直徑大於(yu) 10米的撞擊坑可以明顯分為(wei) 坑內(nei) 光譜“偏紅”和“偏藍”兩(liang) 類，“藍坑”都形成於(yu) “紅坑”之後，說明光譜偏藍的物質更加新鮮。 （左）水星上兩(liang) 個(ge) 撞擊坑示例，來源：NASA；（右）“龍宮”上的“紅坑”和“藍坑”重疊關(guan) 係。來源：參考文獻[2] 另一方麵，石塊的邊緣、裂隙、濺射紋比周圍的石塊表麵更亮，表明這些剛剛暴露出來、或者受磨損更劇烈的地方（也是更亮、更“藍”的地方）更新鮮，之後隨著暴露在宇宙空間中逐漸變暗（“紅”）。 采樣區附近局部區域。來源：參考文獻[2] 然而，除了撞擊坑和部分石塊之外，“龍宮”的赤道和兩(liang) 極是整體(ti) 偏“藍”的，中緯區域整體(ti) 偏“紅”，這又是怎麽(me) 回事呢？如果說是中緯區域更古老，那古老的區域又是怎麽(me) 變“紅”的？ 龍宮表麵的b-x光譜斜率圖。來源：JAXA 

Part. 3

 怎麽(me) “紅”的？按照我們(men) 既有的經驗和科學認知，小行星“龍宮”上的物質變“紅”最可能有兩(liang) 個(ge) 原因：1）太陽炙烤產(chan) 生的熱變質；2）空間風化。兩(liang) 者的顯著差異之一是“紅化”物質的深度。 “龍宮”表麵被“紅化”的過程示意圖。改編自：參考文獻[2] 那“龍宮”表麵是因何“變紅”的？隼鳥2號的觀測結果更支持第一種可能：太陽炙烤，換句話說就是“烤老了”。主要證據有兩(liang) 個(ge) ：

1）“龍宮”的兩(liang) 極物質比赤道更“藍”。赤道和兩(liang) 極物質偏藍，這本身是容易理解的，因為(wei) “龍宮”如今的地形是赤道和兩(liang) 極地勢更高，中緯區域地勢低，那麽(me) 原本覆蓋在赤道和兩(liang) 極的成熟（“紅色”）物質自然會(hui) 不斷向地勢更低的中緯區域移動，讓埋在地下的新鮮（“藍色”）物質暴露出來。但如果僅(jin) 僅(jin) 是這樣，那“龍宮”的兩(liang) 極比赤道物質還要“偏藍”就有點說不通了。可能的解釋是除了物質移動之外，赤道還相比於(yu) 兩(liang) 極受到了更多光照所致（龍宮的自轉傾(qing) 角171.6°，接近於(yu) 垂直黃道麵的逆行自轉，這意味著極區光照較少）。

2）“龍宮”上的“紅色”物質層還是挺厚的。直徑小於(yu) 10米的新鮮撞擊坑內(nei) 部並不是“藍色”而是“紅色”的，表明這個(ge) 大小的新鮮撞擊坑還沒有撞穿“紅色”物質層，由此推測，龍宮表麵的“紅色”物質層最起碼應該有米級厚度，空間風化應該沒有這麽(me) 大能力。

 新鮮“紅”坑的存在表明紅色物質最起碼得有米級厚度。改編自：參考文獻[2] 但僅(jin) 僅(jin) 是太陽炙烤，還不足以讓“龍宮”表麵變成現在這個(ge) 樣子：因為(wei) 隼鳥2號實際發現的“紅色”物質分布更深、顆粒更小。

隼鳥2號的著陸采樣是非常“暴力”的，在短短幾秒鍾的“親(qin) 密”接觸裏，隼鳥2號從(cong) 采樣杆中高速射出一顆鉭質子彈，濺起的表麵物質彈入采樣杆中被收集起來，再加上隨後的發動機噴氣起飛，這一係列“暴力”操作讓“龍宮”表麵一時間漫天碎屑，也改變了“龍宮”表麵的原本的物質分布。2019年2月22日，隼鳥2號第一次著陸采樣過程，小圖是采樣杆上的監視相機CAM-H拍攝，大圖是ONC-W1相機拍攝。來源：JAXA、東(dong) 大等 [4]

 最為(wei) 明顯的是一塊叫做“龜石”的石塊。這個(ge) 石塊原本相對於(yu) 周圍是偏暗（“紅”）的，但在反應控製係統（RCS）噴氣之後生生被水平飛濺出5米多，而且…瞬，間，變，亮（“藍”），了… 龜石（Turtle Rock）的亮暗變化。來源：參考文獻[2] 這意味著，這塊石頭其實是新鮮（光譜偏藍）的，隻是表麵或者空隙裏附著了一層更細膩、光譜偏紅的成熟物質，所以看起來才會(hui) 是暗的。經過隼鳥2號這麽(me) 暴力一抖，這些“紅色”物質掉渣一般抖落，石塊也就恢複了原本的“青春靚麗(li) ”。

著陸采樣前後的光譜對比也證實了這點：采樣區（圓圈內(nei) ）原本相比於(yu) 周圍是偏亮偏“藍”（新鮮）的，而經過一通暴力操作之後變得更暗更“紅”（成熟）了。 著陸區反射率和光譜斜率圖變化。來源：參考文獻[2] 如果還記得我們(men) 上期（《科學》雜誌 | 隼鳥2號的撞擊小行星實驗全記錄）說的…“打臉”來的如此之快（好了就當上期沒說過吧orz）…采樣之後形成的暗色物質並不是挖掘出的新鮮物質，其實隻是被抖落下的古老的暗（“紅”）色物質渣渣而已。 ONC-W1相機拍攝的采樣前後龍宮表麵的變化。來源：JAXA、東(dong) 大等[4] 這些近距離觀測都直指“龍宮”表麵的“紅色”物質在形成之後又進行過一係列破碎和混合。 龍宮表麵“紅色”物質的形成和重分布過程。改編自：參考文獻[2] 

Part. 4

 啥時候“紅”的？ “紅坑”和“藍坑”的形成時間可以“鎖死”“龍宮”的變“紅”時期。 “龍宮”上的“紅坑”形成於(yu) 850萬(wan) 年前，而“藍坑”則形成於(yu) 30萬(wan) 年前（按主小行星帶撞擊頻率推算）/810萬(wan) 年前（按近地小行星撞擊頻率推算），顯然，“龍宮”表麵的“紅化”必然發生在這兩(liang) 個(ge) 時間節點之間。

“紅坑”和“藍坑”的撞擊坑定年CSFD，MBA對應主小行星帶撞擊率模型，NEA對應近地小行星撞擊率模型。來源：參考文獻[2] 

Part. 5

漂泊半生如果“藍坑”形成時，“龍宮”已經來到了如今的近地小行星軌道，那麽(me) “龍宮”表麵的“紅化”過程將會(hui) 在很短的時間裏完成（最極端的情況可能是850萬(wan) 年-810萬(wan) 年前這短短的40萬(wan) 年裏）。

也就是說，“龍宮”需要在很短的時間裏因為(wei) 突然加劇的太陽炙烤開始並完成“紅化”，同一時期還需要完成從(cong) 主小行星帶到近地小行星軌道的遷徙。

時間緊任務重，兩(liang) 個(ge) 條件一合計，“龍宮”最可能被太陽炙烤“紅化”的時期呼之欲出，那就是在軌道遷徙過程中。“龍宮”的軌道這一階段變得高度橢圓，近日點變得離太陽非常近，結果就是“龍宮”表麵在短暫地接近太陽的過程中被迅速“烤老”了。

經過層層推理，諸田及其同事們(men) 理順了這條時間線： “龍宮”表麵和軌道演化史。改編自：參考文獻[2] 就這樣，從(cong) 表麵反射率信息，進而推測出小行星上發生過的地質變化、物質遷移，又抽絲(si) 剝繭還原出整顆小行星動蕩的軌道變遷，這出推理劇著實有點燒腦。好消息是，隼鳥2號第一次著陸采樣的區域裏混合著“紅藍”物質，也就是說，隼鳥2號很可能“新鮮”“成熟”兩(liang) 種物質都采集到了，這些“龍宮”樣品正在飛回地球的途中，有望給行星科學家們(men) 進一步深入研究呢。 

參考資料：[1]https://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！https://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20180629je/index.html[4]JAXA | A sunburned Ryugu: the asteroid surface has been weathered by the Sun!https://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/topics/20200508_science/

出品：科普中國製作：haibaraemily監製：中國科學院計算機網絡信息中心

（本文中標明來源的圖片已獲得授權）

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