阿罗科斯：柯伊伯带的双星天体

科学摘要

本文描述了位于柯伊伯带的海外天体——接触双星阿罗科斯。其微红色的表面是由于托林（由辐照形成的有机化合物）造成的，并存在甲醇冰，未检测到水冰痕迹。其两个瓣叶现已正式命名为韦努和韦约，它们并非球体，而是明显扁平的天体，其结合源于极低速的温和吸积。其极低的密度（根据模型约为0.2至0.5 g/cm³）以及光滑、陨石坑稀少的表面表明它是一个自太阳系形成以来就被保存下来的天体，为原始星云和微行星形成机制提供了独特的窗口。

为什么阿罗科斯是太阳系形成的特权见证者？

阿罗科斯是一个引人入胜的天体，因为它被认为是原始太阳星云的时间胶囊。它位于柯伊伯带，距太阳超过65亿公里，这个接触双星保留了大多数其他天体上已消失的特征。对阿罗科斯的研究直接回应了一个基本问题：微行星，即行星的构建块，是如何形成的？

与通过碰撞形成的暴力模型不同，阿罗科斯显示了温和吸积的证据：它的两个瓣叶以极低的速度结合在一起，就像两片雪花凝聚在一起。然而，2020年发表的详细分析显示，这些瓣叶并非最初图像所暗示的球体，而是扁平的天体，有点像两块鹅卵石。其出人意料的光滑且陨石坑稀少的表面，以及富含甲醇冰和有机物的成分，表明它自大约45亿年前诞生以来几乎没有经历什么变化。因此，阿罗科斯提供了对年轻太阳系物理和化学条件的直接观察。

阿罗科斯：柯伊伯带天体

太阳系边界的冰封居民

阿罗科斯是一颗位于柯伊伯带的海外天体（TNO），柯伊伯带是海王星之外的一个区域，充满了冥王星、妊神星、阿尔比恩或伐楼那等冰封天体。它属于所谓的“冷经典”天体（cold classicals）族群，是太阳系中动力学上受扰动最小的天体。其轨道相对圆形，距太阳约44.6天文单位，即约67亿公里。它绕太阳的公转周期约为298年。

N.B. :
阿罗科斯意为“天空”，这个词源自波瓦坦（美国弗吉尼亚地区的一个美洲原住民部落）的语言。术语“终极”源自拉丁语 ultima，意为“最远的”或“极端的”。在古典文学中，“图勒”是一个位于已知世界最北端的传奇岛屿，通常与超遥远或神秘之地的概念联系在一起。这反映了阿罗科斯在发现时是当时探索过的最遥远天体这一事实。

哈勃太空望远镜促成的发现

阿罗科斯于2014年6月26日由新视野号任务团队成员、天文学家马克·布伊利用哈勃太空望远镜的广角相机发现。这项发现是一项针对性搜索的一部分，旨在识别新视野号探测器在2015年飞越冥王星后可以到达的柯伊伯带天体，因为该天体太暗（视星等约27），地面望远镜无法探测到。它最初以临时编号2014 MU69命名，非正式昵称为“终极之地”（Ultima Thule），并于2019年11月获得正式名称阿罗科斯。这个词在波瓦坦/阿尔冈昆语中意为“天空”，以纪念哈勃望远镜和新视野号探测器建造地区的原住民。

宇宙辐射塑造的微红色表面

阿罗科斯的表面在整个天体上均匀地呈现微红色，其色调比冥王星更明显，这是由于存在托林，即由甲烷和乙烯等简单化合物辐照形成的复杂有机化合物。这种着色表明，阿罗科斯的表面是原始太空环境中持续暴露于宇宙射线和紫外线所引发的化学过程的结果。

太阳系形成的保存见证

新视野号的观测表明，阿罗科斯是一个自太阳系形成以来就被保存下来的天体。其表面出奇地光滑，陨石坑很少，表明它自形成以来经历的碰撞很少。撞击坑计数将其表面的年龄追溯到大约45亿年前原行星盘吸积阶段的末期。这种地质宁静的历史保存了其形成时期的特征。

揭示温和诞生的高度多孔结构

由于阿罗科斯没有可探测到的卫星或环，其质量无法通过飞越期间的引力效应直接测量。因此，它是通过间接的地球物理约束来估计的，特别是其中心“颈部”的抗压强度：模型收敛于参考密度约0.235 g/cm³，根据所采用的假设，通常在0.2至0.5 g/cm³之间。该值远低于水的密度，与岩石（2.5至3 g/cm³）更是无法相比，对应于内部孔隙率可能高达约90%。这种结构表明其形成于极低能量的条件下，支持了在原始太阳星云中发生温和吸积的假说。

阿罗科斯：接触双星天体

重新评估的“雪人”由两个扁平瓣叶组成

阿罗科斯由两个不同的瓣叶组成，由一个狭窄明亮的“颈部”连接，这使得该天体在最初的图像中看起来像一个“雪人”。整个天体长约36公里，宽约20公里，厚度仅约10公里。较大的瓣叶在飞越期间昵称为“终极”，正式命名为韦努，尺寸约为21 × 20 × 9公里。较小的瓣叶昵称为“图勒”，后命名为韦约，尺寸约为15 × 14 × 10公里。

N.B. :
从远处拍摄的最初飞越图像曾让人认为两个瓣叶大致呈球形。然而，2020年根据新视野号在最接近后拍摄的图像（特别是阿罗科斯掩蔽背景恒星的照片）进行的更详细分析表明，这两个瓣叶实际上明显是扁平的，有点像两块鹅卵石，而不是两个雪球。

温和吸积是其双星结构的起源

阿罗科斯是接触双星的一个例子，当两个不同的天体以极低速度（可能约为每小时几公里）“粘在一起”时形成。这种温和的形成方式与太阳系中许多其他天体形成的剧烈碰撞形成鲜明对比。

形成模型表明，这种温和吸积发生在原始太阳星云中，可能是通过厘米大小的“卵石”（pebbles）云的引力坍缩。新视野号的数据显示，阿罗科斯瓣叶的自转轴几乎完美对齐，这表明它们是分别形成的，但在合并之前很长一段时间内彼此处于紧密的轨道上，而不是偶然“撞击”在一起。这种构型与极低的撞击能量一致，加强了在原始云团坍缩之前很久，在一个低湍流环境中形成的观点。

表面成分：甲醇冰和复杂有机物

探测到甲醇冰，但未探测到水冰

新视野号仪器对阿罗科斯表面的光谱分析揭示了甲醇冰（CH₃OH）的存在，其在约2.27和2.34微米附近具有特征吸收特征，并与可能源自简单冰辐照的复杂有机物质相关联。值得注意的是，在表面未检测到水冰的特征，而水冰是太阳系中许多其他冰封天体的常见成分。这种成分表明，在 nascent 原行星盘外围的极冷环境中，富含一氧化碳的冰发生了氢化，以及冰粒上冷凝甲烷的能量处理。

极端的表面温度

新视野号在阿罗科斯夜半球进行的辐射测量显示，平均亮度温度约为29 ± 5 开尔文，即约-244 °C，这与该天体在太阳系中的极远位置一致。

阿罗科斯：保存的原始天体

太阳星云的时间胶囊

阿罗科斯被认为是一个原始天体，自太阳系形成以来就被保存下来。对其物理特征的研究为太阳星云的初始条件提供了一个独特的窗口。与经历重大转变的其他天体不同，阿罗科斯保持了相对不变，这使其对科学家尤为宝贵。

理解微行星形成的天然实验室

阿罗科斯的惊人特征为小天体的形成过程和演化提供了宝贵信息，这些小天体通过其逐步聚集参与了被称为微行星的较大天体的形成。迄今为止，阿罗科斯仍然是航天器近距离探索过的最遥远、最原始的天体。

参考文献

Stern, S. A. et al. (2019). Initial results from the New Horizons exploration of 2014 MU69, a small Kuiper Belt object, Science, 364(6441), eaaw9771. DOI: 10.1126/science.aaw9771
Grundy, W. M. et al. (2020). Color, composition, and thermal environment of Kuiper Belt object (486958) Arrokoth, Science, 367(6481), eaay3705. DOI: 10.1126/science.aay3705
Spencer, J. R. et al. (2020). The geology and geophysics of Kuiper Belt object (486958) Arrokoth, Science, 367(6481), eaay3999. DOI: 10.1126/science.aay3999
McKinnon, W. B. et al. (2020). The solar nebula origin of (486958) Arrokoth, a primordial contact binary in the Kuiper Belt, Science, 367(6481), eaay6620. DOI: 10.1126/science.aay6620
NASA Science — Arrokoth (2014 MU69)
NASA — Far, Far Away in the Sky: Arrokoth Officially Named
Johns Hopkins APL — New Horizons: Arrokoth

常见问题解答：关于太空“雪人”阿罗科斯的一切

阿罗科斯是什么？它在哪里？

阿罗科斯是一颗海外天体（TNO），是位于柯伊伯带（海王星轨道之外的区域）的一个小型冰封天体。它距太阳约44.6天文单位（近67亿公里），绕我们的恒星公转一圈大约需要298年。

为什么它被昵称为“终极之地”或“雪人”？

“终极之地”是它在2019年11月获得正式名称阿罗科斯之前的暂用昵称，指的是一个遥远的神话之地。它被称为“雪人”是因为其独特的形状：它由两个不同的瓣叶通过狭窄的“颈部”连接，形成一个接触双星天体。然而，更详细的分析表明，这些官方命名为韦努（较大，约21公里）和韦约（较小，约15公里）的瓣叶实际上是扁平的，而不是球形的。