木星特洛伊木马之旅可以揭示太阳系的混乱起源

美国宇航局的露西任务将调查被认为被迁移的气态巨行星扫过的小行星。木星是一个行星霸王，用它巨大的引力拖把其他天体抛到一边。但是两簇小行星以尊重的距离在木星之前和之后，就像畏缩的孩子一样，在气态巨行星和太阳的拉力下保持在一个稳定的地方。天文学家长期以来一直对这些称为特洛伊木马的岩石感到困惑，它们看起来与主小行星带中的物体非常不同，并且定居在最奇怪的地方，即木星前后 3.74 亿公里处。

露西需要 7 米宽的太阳能电池板来收集木星轨道上可用的昏暗光线。洛克希德马丁

现在，美国宇航局将于 10 月 16 日从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射价值 9.81 亿美元的名为露西的机器人任务，将探索其中的六个特洛伊木马。在为期 12 年的旅行中，以著名的人类祖先化石命名的露西将测试特洛伊木马本身是否是早期太阳系的化石，这些化石是在引力动荡时期从远离海王星的寒冷地区拖入内部的。特洛伊木马的表面、形状和成分的细节不仅可以充实这场古老的剧变是如何发生的，而且可以体现在何时。位于科罗拉多州博尔德市的西南研究所 (SwRI) 的露西的首席研究员 (PI) 哈尔·莱维森 (Hal Levison) 将他们的承诺比作一桩谋杀之谜的线索。“有时，墙壁上溅出的血迹比尸体上的血迹能告诉你更多信息。[小行星]真的是墙上的飞溅物。”

几十年前，研究人员将行星的形成描绘成一件温和的事情，木星和特洛伊木马在它们现在的位置附近从围绕太阳的气体和尘埃盘中合并。但望远镜显示，特洛伊木马的颜色并不统一，如果它们是由相同的当地原材料形成的，那么就可以预料到这一点。而不是像旧模型预测的那样完美地坐在行星盘的平面上，它们的轨道略微倾斜。

2005 年，利用计算机模拟新生行星如何相互拉扯，Levison 和其他人提出特洛伊木马是早期太阳系动荡的遗留物。按照现在的想法，来自原行星盘的气体最初抑制了气体巨行星的引力拖曳的影响，并使它们保持在比今天更接近彼此的稳定轨道上。一旦气体消散，混乱就会爆发，木星向内发射，其他巨星向外发射。冥王星和其他遥远的冰天体被抛到更远的地方，即海王星以外的柯伊伯带。但该模型还预测，其中一些冰体会向内分散，并被木星捕获为特洛伊木马。

加州理工学院的天文学家兼露西团队成员迈克布朗说，虽然不稳定的想法可以解释很多，但它并没有真正经过观测测试。“特洛伊木马是那些具体测试所在，”布朗说。如果它们与柯伊伯带天体具有相同的成分，“太阳系就不可能在没有动力学不稳定的情况下组合在一起。”

仔细观察，露西将旅行 6 年，在 2027 年到达特洛伊木马领导小组之前进行两次地球飞越以建立速度。两个圆形太阳能电池阵列将为航天器供电，每个跨越 7 米以收集可用的微光。木星的轨道 - 比任何其他太阳能任务都离太阳更远。

即使对于特洛伊人来说，露西的第一个目标也将是一个古怪的人：64 公里宽的 Eurybates 及其小卫星，从远处看，它们类似于在主小行星带中发现的黑暗、富含碳的小行星。1年内，它将通过Polymele、Leucus和Orus，它们看起来类似于冰冷的柯伊伯带天体。接下来，露西将飞过地球以获得第三次重力辅助，然后飞回尾随的特洛伊木马。2033 年，它将调查帕特罗克洛斯和梅诺提乌斯，它们是 100 公里宽的小行星，它们彼此环绕。该任务的副 PI，SwRI 的 Cathy Olkin 说，双星在小行星带中很奇怪，但在柯伊伯带更远的地方很常见。“那一对会不会是从柯伊伯带捕获的？” 她问。

第一项任务是确定特洛伊木马是否包含只能在外太阳系寒冷的暮色中形成的物质，如缺乏晶体结构的玻璃状水冰。布朗还想了解特洛伊木马的微红色，这是许多柯伊伯带天体上看到的柔和色调。布朗对这种红色来源的最佳猜测是硫化氢，它在受到宇宙射线或其他来源的照射时会变成红色，但如果离太阳太近，它也会蒸发掉。一些位于拉长轨道上的柯伊伯带天体使它们更接近太阳，看起来很像特洛伊木马。

另一项任务是计算特洛伊表面上陨石坑的数量和大小，并将它们与冥王星的卫星卡戎和 Arrokoth 上看到的陨石坑进行比较，新视野号任务在 2015 年和 2019 年访问了柯伊伯带天体。类似的分布表明它们形成于Levison 说，相同的地点，微小的差异可以揭示特洛伊人何时从他们偏远的家园被撕裂。科学家们曾经认为这种不稳定性在太阳系形成约 7 亿年后震动了太阳系，但现在有些人认为它可能发生在 1 亿年后，甚至更早。

特洛伊人还可能提供有关更早时期的线索，当时行星从原始气体和尘埃中聚集。Arrokoth 的裂片形状符合一个模型，该模型表明，当瓦斯盘中的鹅卵石云坍塌形成城市大小的团块时，就形成了小行星；然后这些可能会与其他人合并成越来越大的结构。马里兰大学帕克分校的行星科学家杰西卡·阳光说，如果特洛伊木马也有类似的块状，那就表明云崩塌是组装星子的标准方式。特洛伊木马的相对距离——距离太阳只有柯伊伯带的六分之一——将使它们成为进一步探索的成熟目标，包括今年晚些时候发射的美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜。