小行星，是我們追溯太陽系歷史的「時光膠囊」。它們大多是太陽系行星形成時期的留下的碎片，很可能還保留著原始太陽系的成分和資訊。
但是，小行星的個頭太小了，自身又不發光，肉眼幾乎不可能看見（除了灶神星），即使在天文望遠鏡裡，也頂多不過是一個小亮點。想要瞭解小行星的秘密，人們就需要派出使者——探測器，去一探究竟了。
來自日本 JAXA 的隼鳥 2 號探測器，就擔負了這樣一個艱鉅的任務：探訪碳質小行星（C型小行星）——「龍宮」。
C 型小行星是小行星中數目最多，也最為原始的一類。它們被認為是落入地球上的碳質球粒隕石的母體，其中一些可能富含水和有機物。探測這樣的小行星，不但可以幫助我們瞭解太陽系早期的歷史和演化，沒准也能我們尋找地球生命起源提供線索。
2018 年 6 月，隼鳥 2 號抵達龍宮。經過了幾個月的探測之後，隼鳥 2 號團隊迎來了第一個收穫的季節——就在昨天（2019-03-20），《科學》雜誌一口氣刊登了三篇論文，介紹隼鳥 2 號團隊對小行星龍宮的初步探測成果[1-3]。
從一個小亮點，到一整個世界
隼鳥 2 號在距離龍宮 133 萬公里處，首次拍到了它的身影——此時的龍宮還依然只是一個小亮點[4]。然而，隨著隼鳥 2 號一點一點飛近龍宮，隼鳥 2 號攜帶的「十八般兵器」漸漸為我們揭開龍宮的面紗。
隼鳥 2 號 2018 年 2 月 26 日首次拍到的小行星龍宮。來源：JAXA[4]
首先是出場的是相機。隼鳥 2 號攜帶了 3 個相機：1 個遠望相機 ONC-T 和兩個寬角相機 ONC-W1 和 ONC-W2，最高可以拍攝毫米級解析度的龍宮表面照片。
隼鳥2號的三個導航相機。來源：JAXA[5]
龍宮的東半球和西半球。來源：JAXA
又一個疏鬆的「亂石堆」
通過測量品質和體積，可以計算出龍宮的密度只有 1.19 克/立方釐米（實在是有點低），這並不是因為組成龍宮的石塊本身密度太低，而是因為這些石塊都是「松松」地靠在一起的，彼此之間有很大空隙。
當年，隼鳥 2 號的前輩隼鳥號探測的小行星「系川」就是這樣一顆典型的「亂石堆」（rubble pile）。這種由眾多大大小小的石塊通過自身引力聚集在一起形成的小行星，彼此之間的「粘合力」很弱，質地鬆散，孔隙率自然也很高。
龍宮上的坍塌和物質流動痕跡。（左）浦島坑中的坍塌，（右）黃色箭頭指示重力位從高到低的方向，與龍宮目前的物質流動方向一致。來源：參考文獻[3]
亂石堆型小行星系川和龍宮。來源：JAXA
另一個支持這個觀點的證據是：龍宮表面有許多大石塊。雖然撞擊作用也會產生石塊，但龍宮上的這些石塊不可能是撞擊濺射物，因為長於 20 米的石塊實在太多了（最大的一塊長度約 160 米），龍宮上最大的撞擊坑（直徑約 290 米的浦島坑）也不可能產生這麼大的石塊。
因此，龍宮很可能是一顆直徑約 100 公里的母天體被完全撞碎之後，碎片重新聚集形成的，而龍宮上的這些大石塊也不是龍宮形成之後才產生的，更可能是組成龍宮的原始碎片。
「陀螺」是怎麼形成的？
其實，陀螺狀的近地小行星倒也談不上罕見，天文學家們已經通過地基雷達發現過一些。畢竟，自轉引起的離心作用可以讓赤道區域產生一定的隆起，這也不奇怪（咱們的地球不也是「兩極稍扁，赤道略鼓」麼）。
自轉週期短達 3.9 個小時的妊神星，就因為巨大的離心作用被整個「拉」扁了…快速旋轉的妊神星的假想圖，看得我都暈……來源：Wikimedia Commons
但是，相比於目前已知的其他陀螺狀的小行星，龍宮的自轉速度似乎太低了（7.63 小時），按理說，這樣的自轉速度似乎並不足以引起這麼明顯的赤道隆起。
JAXA 隼鳥 2 號探訪的龍宮，NASA冥王號探訪的貝努，以及歐空局曾經的小行星採樣返回計畫 MarcoPolo-R 想要造訪的小行星 2008 EV5 的大小、形狀和自轉週期，相比之下龍宮實在是轉得太慢了。圖片來源：JAXA、NASA
那麼，一個很自然的猜測就是：龍宮過去一定轉得很快，是後來減速到現在的自轉狀態的。
為了證實這一點，隼鳥2號團隊分析了不同自轉速率下龍宮表面坡度（表面法線和重力等位面的夾角）的分佈。來源：參考文獻[1]
有點「乾旱」的「龍宮」
「龍宮」這個名字來源於日本民間故事《浦島太郎》（うらしまたろう），故事裡的浦島太郎被海龜帶往海底龍宮，在龍宮受到了公主乙姬的熱情款待，回到人間的時候帶回了一個寶盒——寓意採樣返回的隼鳥 2 號也能從小行星帶回珍貴的信息。這個名字的另一個意義在於，C型（碳質）小行星中有幾個亞類可能含富含水，這也非常符合「海底龍宮」的意味。
ポプラ出版社(2018/3/6)童書《浦島太郎》的封面
那龍宮到底是不是這樣呢？隼鳥 2 號的另一件寶貝——近紅外光譜儀（NIRS3）告訴我們好像並不是。
近紅外光譜儀的內部結構。來源：JAXA[5]
龍宮攜帶的近紅外光譜儀 NIRS3 覆蓋了 1.8-3.2 微米的波段範圍，在這個範圍裡，三種不同形式的水：羥基（OH）、液態水和水冰會體現出不同的吸收特徵——如果龍宮含水，就應該會被檢測到。
（左）羥基（OH）、水和水冰在3μm（3000 nm）附近有不同波段有不同的吸收特徵示例。來源：參考文獻[7]（右）龍宮的近紅外波段光譜特徵。來源：參考文獻[2]
NIRS3 的結果顯示，龍宮只在 2.72 微米處探測到了很窄的 V型吸收，而且遍佈全球——這是羥基（OH）的吸收特徵。也就是說，含羥基的礦物（水合礦物）在龍宮表面普遍存在[2]。然而，龍宮上羥基的特徵吸收很微弱，說明整個龍宮表面的羥基都不多——龍宮上雖然有水（羥基可以認為是結構水，但不同于液態水和水冰），但也沒有多少水。
為什麼會有這麼少的水呢？可能的原因有很多。
- 一種可能性是，龍宮本身作為一顆重組的亂石堆，很可能經歷過一些熱變質或者衝擊變質過程，類似於經歷過這些的碳質球粒隕石，那麼自然地，龍宮在這個過程中被加熱脫水了。
- 另一種可能是，龍宮曾經的軌道近日點比現在離太陽更近，會受到更強的來自太陽的熱輻射，也會因為更強的太陽風作用而導致羥基的分崩離析。
總之，就是龍宮可能曾經有過很多水，然後水沒了。
另一種可能是，龍宮可能原本就沒有很多水：龍宮的母體小行星上就（因為種種原因）沒有很多水，所以龍宮先天缺水。隼鳥 2 號專案組更傾向於這種情況。
鄉關何處？
至於龍宮原本來自哪裡？它的母體小行星是什麼樣的？我們依然可以通過光譜特徵這把「指紋鑰匙」來推測，或者簡單來說，尋找什麼樣的小天體和龍宮更像。
以目前龍宮的光譜形態來看，和龍宮光譜特徵最相似的小行星是兩顆主帶小行星：波蘭星（Polana）和歐拉莉婭（Eulalia），從軌道特徵來看，龍宮也很可能是這兩顆小行星之一的碎片。
龍宮和波蘭星（Polana）、歐拉莉婭（Eulalia）的反射光譜。來源：參考文獻[3]
也就是說，龍宮可能並不直接來源於這兩顆小行星之一的碎片，而可能是它們的二代、三代甚至 n 代碎片。
龍宮的坎坷一生
在隼鳥 2 號抽絲剝繭地偵查之下，龍宮歷經坎坷的一生逐漸浮出水面。
龍宮的母體小行星或許原本是有水的，但後來因為自身內部的放射性物質衰減加熱，或者因為隕石撞擊加熱，讓很大一部分水散失了。也或許是因為母體小行星的水蝕過程才剛剛開始，還沒有形成很多水。
總之，這顆略有點「乾旱」的母體小行星被另一顆飛來的撞擊體完全撞碎，這是太陽系中稀鬆平常的「慘劇」之一。
在這毀滅之中，也孕育著新生──那些撞擊產生的碎片，又聚集成了一個個新的小行星族群。因為碎片在這個撞擊和重組過程中，除了因為撞擊產生的有限的熱變質之外，並沒有發生很大的化學變化，所以它們幾乎還保留著來自母代小行星的「指紋」。
龍宮或許就是這樣的一顆小行星。又或許，那些子代小行星族群中的一顆，又再次被一顆飛來的撞擊體完全擊碎，這些碎片再次重組，成為了龍宮。
龍宮可能的形成過程。來源：參考文獻[3]
但龍宮這樣的小行星，一定經歷過毀滅和新生交織的「坎坷人生」，或許也註定在某一次撞擊中被完全毀滅。
只是剛剛好在這樣一個時刻，龍宮也在，我們也在，然後我們看到了龍宮。
參考文獻：
- S. Watanabe, et al., Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu—a spinning-top-shaped rubble pile. Science (2019).
- K. Kitazato et al., The surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy. Science (2019).
- S. Sugita et al., The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes. Science (2019).
- Hayabusa2 has detected Ryugu
- Hayabusa2 Science Data Archives
- P. Vernazza, et al. (2015). Interplanetary dust particles as samples of icy asteroids. The Astrophysical Journal, 806(2), 204.
- C. Pieters, et al. (2009). Character and spatial distribution of OH/H2O on the surface of the Moon seen by M3 on Chandrayaan-1. science, 326(5952), 568-572.
- 本文轉載自果殼網，原文標題 一口气发了三篇《科学》，隼鸟2号在“龙宫”发现了啥？
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