NASA 的 DART 任務揭示小行星互相扔“宇宙雪球”

馬裡蘭大學領導的一個研究小組現在發現這些系統比科學家之前想像的要活躍得多。這兩個物體不是相互繞軌道運行，而是透過溫和、緩慢移動的撞擊交換岩石和灰塵，這些撞擊在數百萬年的時間裡逐漸重塑它們的表面。

這項發現來自對美國太空總署雙小行星重定向測試（DART）太空船在 2022 年故意與小行星衛星 Demorphos 相撞之前拍攝的圖像的仔細分析。在這些圖像中，科學家注意到 Dimorphos 表面有明亮的扇形線條。這些標記提供了第一個直接的視覺證據，表明物質可以自然地從一顆小行星移動到另一顆小行星。結果於2026年3月6日發表於 行星科學雜誌 它可以幫助科學家更好地了解有一天可能威脅地球的小行星。

論文的主要作者、馬裡蘭大學天文學系和地質、環境和行星科學系聯合教授傑西卡·桑夏恩 (Jessica Sunshine) 說：“起初，我們認為相機出了問題，然後我們認為我們的圖像處理可能出了問題。” “但在我們在其中首次清理乾淨之後，我們意識到我們看到的模式與雙雙小行星投擲非常一致，比如宇宙雪球。” “我們首次清理了獲得了直接物質撞擊”的雙雙小行星系統投擲。

YORP 對小行星影響的證據

這些觀察結果也首次提供了雅科夫斯基-奧基夫​​-拉齊耶夫斯基-帕達克（YORP）效應過程的視覺確認。在這種現像中，陽光逐漸加速小行星的自轉。隨著旋轉的增加，鬆散的物質可能會被吹離表面，有時會形成一個迷你月亮。

Sunshine 解釋說，這很可能發生在 Didymos 系統中，該系統包括較大的小行星 Didymos 和較小的衛星 Demorphos。所謂的「宇宙雪球」在 Dimorphos 上留下的痕跡表明，碎片從 Didymos 上脫落，後來落在了它的同伴身上。

檢測 DART 影像中的隱藏線

要找到這個證據需要幾個月的仔細分析。在 DART 太空船返回的原始影像中看不到線條圖案。 UMD 天文學研究科學家 Tony Farnham 和前博士後研究員 Juan Rizos 開發了專門的技術，用於消除圖像中岩石和光偽影投射的陰影。一旦這些光學效應得到糾正，「宇宙雪球」留下的細紋就開始出現。

法納姆說：“我們最終看到這些射線環繞著雙形態體，這是以前沒有人見過的。” “一開始我們簡直不敢相信，因為它是如此微妙和獨特。”

太空船的飛行路徑又增加了一個複雜性。由於 DART 幾乎直接接近 Dimorphos，因此在遭遇過程中照明和視角變化很小。這使得很難確定某些特徵是真實的還是只是照明條件的結果。

為了確認這些線條的真實性，研究人員將它們追蹤到了迪莫福斯邊緣附近的一個特定來源區域。這個位置偏離了太陽直射頭頂的位置，顯示這些圖案不僅僅是由陽光造成的。

「隨著我們改進月球 3D 模型，扇形線條變得更加清晰，而不是模糊，」法納姆說。 “這讓我們確信我們正在做一些真實的事情。”

緩慢移動的小行星碎片

科學家先前收集的間接證據表明，陽光可以增加小型小行星的自轉速度，從而噴射表面物質。然而，馬裡蘭大學團隊創建的更新模型首次提供了此過程的視覺確認。這些模型還精確地指出了從 Didymos 發射的碎片最終落在 Demorphos 上的位置。

馬裡蘭大學的 Harrison Agrusa（MS ’19，PhD ’22，天文學）進行的額外計算確定，碎片使 Didymos 僅以每秒 30.7 厘米的速度移動。此速度比典型的人類步行速度慢。

「這可以解釋獨特的扇形標記，」陽光說。 “這些緩慢移動的撞擊不會擴散，而是形成沉積物而不是隕石坑。正如對解耦主要材料進行建模所預期的那樣，它們以赤道為中心。”

實驗室實驗重現“宇宙雪球”

為了驗證他們的解釋，由前馬裡蘭大學博士後研究員埃斯特班賴特領導的研究人員在馬裡蘭大學物理科學與技術研究所進行了實驗室實驗。在測試中，研究小組將彈珠扔進沙子裡，沙子裡散落著代表迪莫弗斯岩石的彩繪礫石。高速攝影機記錄了結果。

實驗表明，岩石阻擋了一些分子，同時允許其他分子通過它們之間的間隙。這產生了類似於在 Dimorphos 上觀察到的線條的光束狀圖案。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室進行的電腦模擬得出了相同的結論。無論傳入的物體是大理石等固體岩石還是大量塵埃，小行星表面的岩石都會將所包含的物質塑造成獨特的扇形圖案。

陽光說：“我們可以從 DART 航天器在大撞擊之前拍攝的照片中看到 Dimorphos 上的這些痕跡，這證明它和 Didymos 之間發生過物理交換。” “螺旋槳線應該延伸到我們沒有碰撞的月球一側，並且有可能沒有被撞擊破壞。”

赫拉的任務可能會揭示更多線索

ESA 的 Hera 任務計劃於 2026 年 12 月抵達 Didymos。該航天器可以確定線條圖案是否在 DART 撞擊中倖存下來。 Sunshine 和她的同事也預計，Hera 可能會偵測到 DART 撞擊 Dimorphos 時位移的岩石產生的新射線模式。

陽光說：“這項研究中出現的這些新細節對於我們了解近地小行星及其演化至關重要。” “我們現在知道它比以前想像的更具活力，這將有助於我們改進我們的行星防禦模型和程序。”

這篇題為「雙小行星系統內近期物質轉移的證據」的論文於 2026 年 3 月 6 日發表在期刊上 行星科學雜誌。

這項研究得到了 NASA（合約編號 80MSFC20D0004）、美國能源部（合約 DE-AC52-07NA27344 和 LLNL-JRNL2002294）和法國國家研究機構（計畫 ANR-15-IDEX-01）的支持。