啥，小行星也“骨質(zhì)疏松”？

人上了年紀(jì)，如果不注意補(bǔ)鈣，會(huì)骨質(zhì)疏松。

可是你聽說(shuō)過(guò)嗎？很多小行星并非我們想象如巖石或者金屬那么致密，大部分小行星其實(shí)也“骨質(zhì)疏松”，內(nèi)部含有較多的空隙。甚至部分小行星的孔隙率高度80%。

小行星貝努的碎石堆表面

實(shí)際上，大部分小行星并非致密的單體巖石，而為疏松多孔的結(jié)構(gòu)，甚至是碎石堆積的結(jié)構(gòu)，存在不可忽視的孔隙率（Porosity）。小行星孔隙率定義為小行星體積中宏觀空隙的占比。小行星的孔隙率也可以解釋小行星形成機(jī)制，即大量小塊巖石通過(guò)引力吸積逐漸形成大尺寸小行星。

小行星孔隙率的分布范圍為0%-80%。小行星孔隙率的存在也導(dǎo)致了小行星的體積密度顯著小于顆粒密度。小行星孔隙率越高，體積密度與顆粒密度之間差別越大。

Itokawa 小行星 （孔隙率41%）

小行星的孔隙率也間接反映了小行星的結(jié)構(gòu)信息。如果小行星孔隙率為零，則為單體巖石結(jié)構(gòu)。如果小行星孔隙率超出30%，則很可能為松散的碎石堆結(jié)構(gòu)。絲川小行星的孔隙率約為41%，龍宮小行星的孔隙率約為58%，貝努小行星的孔隙率約為50%，被認(rèn)為是碎石堆結(jié)構(gòu)。Eros 小行星的孔隙率為10%-30%，推測(cè)為破碎的單體巖石。

龍宮小行星 （孔隙率58%）

貝努小行星 （孔隙率50%）

Eros 433 小行星 （孔隙率10-30%）

小行星的“骨質(zhì)疏松”特性對(duì)行星防御有著重要影響。

首先，“骨質(zhì)疏松”的小行星結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更低，在大氣層中更容易解體并發(fā)生空爆，降低了小行星直接撞擊地表的可能性。其危害形式主要表現(xiàn)為沖擊波損傷效應(yīng)。當(dāng)然如果小行星的直徑足夠大，小行星還是會(huì)撞擊地表。

其次，“骨質(zhì)疏松”的小行星在受到動(dòng)能撞擊時(shí)，成坑寬而淺。而單體巖石結(jié)構(gòu)的小行星在受到動(dòng)能撞擊時(shí)，更容易形成深而窄的坑，會(huì)有更多濺射物被高速拋射出去，而高速濺射物越多，防御效果越好。因此在質(zhì)量相同的條件下，“骨質(zhì)疏松”的小行星更難防御。好在“骨質(zhì)疏松”的小行星的密度一般較低，像龍宮/貝努小行星的密度均為1.2 克/立方厘米，在同樣的亮度條件下，質(zhì)量也更輕。

2019年4月5日，隼鳥二號(hào)釋放了一顆微型撞擊器，將一塊約2公斤的銅板加速到約2公里每秒，最終在龍宮小行星表面上形成了一個(gè)直徑約17米、深約3.5米的撞擊坑。同時(shí)發(fā)現(xiàn)坑中間還存在一個(gè)直徑約3米、深約0.6米的中央坑。也反映了小行星可能是分層結(jié)構(gòu)，其表面孔隙率與內(nèi)部空隙率是不同的。

最后，“骨質(zhì)疏松”的小行星在遭到高速撞擊時(shí)更容易解體成碎塊，有利于實(shí)施摧毀。

以上分析仍然為定性分析，關(guān)于孔隙率對(duì)行星防御效果的影響還需要開展更多理論和數(shù)值研究。

“骨質(zhì)疏松”還會(huì)降低小行星的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。16 Psyche （靈神星）是位于小行星帶的一顆M型小行星，根據(jù)之前的估計(jì)，該小行星上96%的成分是鐵和鎳，資源總價(jià)值超過(guò)10000萬(wàn)億美元。Psyche 于1852年由意大利天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，是太陽(yáng)系中發(fā)現(xiàn)的第16號(hào)小行星，等效直徑約226公里，相當(dāng)于南京到杭州的直線距離。

該小行星被認(rèn)為是一顆行星胚胎的內(nèi)核，在撞擊作用下，該行星胚胎的幔層和殼層被剝離。原本小行星帶處應(yīng)該存在一顆大行星，由于木星過(guò)于“貪吃”，導(dǎo)致沒有足夠的物質(zhì)讓這顆行星胚胎發(fā)育成大行星。

由于地核在地面極深處，人類尚不具備直接探測(cè)地核的能力。對(duì) Psyche進(jìn)行探測(cè)，將可能是人類極其罕見的機(jī)會(huì)去探測(cè)一顆行星內(nèi)核，對(duì)研究大行星的形成與演化具有至關(guān)重要的意義。

NASA計(jì)劃2022年發(fā)射飛行器去探測(cè)靈神星，預(yù)計(jì)2026年到達(dá)靈神星開展科學(xué)探測(cè)。

然而，根據(jù)近期一項(xiàng)研究，亞利桑那大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，Psyche的孔隙率可能高達(dá)35%，已經(jīng)超出了碎石堆小行星的臨界孔隙率。與之前認(rèn)為Psyche是一顆堅(jiān)硬的行星內(nèi)核相比，其更可能是一顆類似貝努的碎石堆小行星。

35%的孔隙率說(shuō)明其礦物含量比之前估計(jì)要少35%左右。根據(jù)亞利桑那大學(xué)的研究人員估計(jì)，其80%的成分為金屬、7%為低鐵輝石、10.5%為碳質(zhì)球粒隕石。與之前估計(jì)其96%成分為鐵和鎳相差甚遠(yuǎn)。

如此這般，只怕其經(jīng)濟(jì)價(jià)值就要大打折扣了。