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祝融型小行星

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该区域由橙色区域表示，与水星、金星和地球的轨道相比，可能存在祝融星。

祝融型小行星是在水星轨道内的一个动态稳定区内围绕太阳运行的假想的小行星种群。它们是以假想行星祝融星命名的，该行星是根据水星轨道的不规则性提出的，但后来发现可以用广义相对论来解释。到目前为止，还没有发现火祝融星，也不清楚是否存在。

如果它们真的存在，但因为它们非常小，而且靠近明亮的太阳，即使是最大的祝融星还是很不容易被探测到。由于它们靠近太阳，只能在黄昏或日食期间进行地面搜索。任何祝融型小行星的直径都必须在大约100米（330英尺）到6千米（3.7英里）之间，并且可能位于太阳和水星之间引力稳定区外缘附近的近似圆形轨道上。这些小行星应该与阿提娜型小行星区分开来，后者可能有位于水星轨道内的近日点，但其远日点延伸至金星轨道或地球轨道内。因为它们穿过水星轨道，所以这些天体不属于祝融型小行星。

如果发现这些祝融型小型星，可能会为科学家提供行星形成第一阶段的资料，以及对太阳系早期普遍存在的条件能更深入了解。尽管太阳系中其它引力稳定的区域都被发现含有物体，但在太阳系发展的早期阶段，非引力（如亚尔科夫斯基效应）或行星迁移的影响可能已经耗尽了该区域可能存在的任何小行星。

历史与观察

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几个世纪以来，人们一直在假设和寻找水星轨道内部的天体。德国天文学家克里斯多福·沙伊纳（英语：Christoph Scheiner）认为他在1611年看到过小天体从太阳前面经过，但后来发现这些天体是太阳黑子[1]。19世纪50年代，于尔班·勒威耶对水星的轨道进行了详细的计算，发现水星的近日点进动（英语：Apsidal precession）与预测值存在微小差异。他推测，水星轨道内一颗小行星或小行星环的引力影响将能解释这种偏差。不久之后，一位名叫埃德蒙德·莱斯卡博（英语：Edmond Modeste Lescarbault）的业馀天文学家声称看到了勒威耶提出的行星凌太阳。这颗新行星很快被命名为祝融星，但之后再也没有出现过。1915年爱因斯坦的广义相对论解释了水星轨道的异常行为。祝融型小行星的名字取自这颗假想的行星[2]。莱斯卡博看到的可能是另一个太阳黑子[3]。

日全食提供了一个从地面寻找祝融型小行星的机会。

如果祝融星存在，由于附近太阳的强烈眩光，它们将很难被探测到[4]，地面搜索只能在黄昏或日全食期间进行[5]。20世纪初，在日全食期间进行了几次搜索[6]，没有发现任何祝融型小行星，而日全食期间的观测仍然是一种常见的搜索方法[7]。传统的望远镜不能用来寻找它们，因为附近的太阳可能会损坏它们的光学系统[8]。

1998年，天文学家分析了SOHO卫星的大角度和光谱日冕仪（英语：Large Angle and Spectrometric Coronagraph）仪器的数据；该仪器是一套三个日冕仪。当年1月至5月的数据显示没有任何亮度超过星等7等的祝融型小行星。假设小行星的反照率与水星相似，这对应于大约60千米（37英里）的直径。特别是，根据尺度相对论（英语：Laurent Nottale）的理论预测，在0.18 AU的距离处，大的小行星被排除在外[9]。

后来探测祝融型小行星的尝试涉及到将天文设备置于地球大气层的干扰之上，达到天空比黄昏时从地面观测更暗、更清晰的程度[10]。2000年，行星科学家阿兰·斯特恩（英语：Alan Stern）使用U-2间谍飞机对祝融型小行星带进行了调查。这些飞行是于黄昏时分在21,300米（69,900英尺）的高度进行的[11]。2002年，他和B612基金会的丹·杜尔达（英语：Dan Durda）在一架F-18战斗机进行了类似的观测。他们以15,000米（49,000英尺）的高度在莫哈维沙漠上空进行了三次飞行，并用机载的西南通用成像系统（SWUIS-A）进行了观测[12]。

即使在这些高度，大气仍然存在，可能会干扰对祝融型小行星的搜索。2004年，为了在地球大气层上方安装相机，曾尝试进行一次次轨道太空飞行。1月16日，携带一架名为VulCam强大相机的一枚黑布兰特火箭（英语：Black Brant (rocket)）火箭从新墨西哥州白沙发射[13]。在十分钟的飞行中[4]，火箭抵达了274,000米（899,000英尺）的高度[13]，并拍摄了超过 50,000 张图像。虽然存在技术问题，但没有一张图像显示祝融型小行星[4]。

对美国国家航空暨太空总署的两架日地关系天文台太空船数据的搜索，也未能探测到任何祝融型小行星[14]。是否有直径大于5.7千米（3.5英里）的祝融型小行星值得怀疑[14]。

“信使号”无人太空飞行器拍摄了一些祝融型小行星带外部区域的影像； 然而，因为它的仪器必须始终指向远离太阳的地方以避免损坏，所以它的机会是有限的[15][16]。在2015年撞击水星表面结束任务之前，该太空船始终未能提供有关祝融型小行星的实质性证据。

2021年8月13日，一颗小行星2021 PH27被发现，其近日点位于水星轨道内。它与太阳的最近距离为0.1331天文单位，不到水星近日点0.300799天文单位的一半。这使其最近的位置完全位于假设的祝融型小行星带内。

轨道

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祝融型小行星是一种在稳定轨道上的小行星，其半长轴小于水星（即0.387AU）[7][17]。这不包括像掠日彗星这样的天体，因为尽管它们的近日点在水星轨道内，但它们的半长轴要大得多[7]。

祝融型小行星被认为存在于水星轨道内的一个引力稳定带中，距离太阳0.06〜0.21AU[18]。已经发现太阳系中所有其它类似的稳定区域都包含物体[8]，尽管诸如辐射压之类的非重力[9]，坡印廷-罗伯逊阻力[18] 和亚尔科夫斯基效应[5]可能已经耗尽了祝融型小行星带原始内容物。如果有的话，剩馀半径可能不超过1千米（0.62英里）的300-900个祝融型小行星[19]。2020年的一项研究发现，YORP效应（英语：Yarkovsky–O’Keefe–Radzievskii–Paddack effect的强度足以在远小于太阳系年龄的时间尺度上摧毁半径高达100公里的假想祝融型小行星；人们发现，潜在的祝融型小行星会被YORP效应稳定地旋转，直到它们旋转裂变成更小的天体，这种情况会反复发生，直到碎片足够小，可以被亚尔科夫斯基效应推出祝融型小行星带；这就解释了为什么没有观测到祝融型小行星[20]。融型小行星带的引力稳定性在一定程度上是由于附近只有一颗行星。在这方面，它可以与古柏带相比较[18]。

祝融型小行星带的外缘距离太阳约0.21天文单位。距离比这更远的物体由于与水星的相互作用而不稳定，并会在1亿年的时间尺度上被扰动到水星穿越轨道[18]（尽管如此，只要它们的轨道完全位于水星的轨道内部，一些定义仍包括融型小行星等不稳定物体。）[21]。内缘没有明确定义：距离0.06 AU的物体特别容易受到坡印廷-罗伯逊阻力和亚尔科夫斯基效应的影响[18]，甚至距离远到0.09 AU的祝融型小行星温度也将达到1000K或更高，这足以使岩石的蒸发成为其寿命的限制因素[22]。

与小行星带相比，祝融型小行星带的最大可能体积非常小[22]。祝融型小行星带内物体之间的碰撞将是频繁和高能的，往往会导致物体的破坏。祝融型小行星最有利的位置可能是在祝融型小行星带外缘附近的圆形轨道上[23]。祝融型小行星与黄道的倾斜度不太可能超过10°[7][18]。祝融型小行星被困在水星的拉格朗日点，成为水星特洛伊天体也是可能的[24]。

物理特性

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任何存在的祝融型小行星都必须相对较小。先前的搜索，特别是从STEREO探测器进行的搜索，排除了直径大于6千米（3.7英里）的小行星[14]。最小尺寸约为100米（330英尺）[18]；小于0.2μm的粒子会被辐射压力强烈排斥，小于70m的物体会被坡印廷-罗伯逊阻力吸入太阳[9]。在这些上限和下限之间，直径在1千米（0.62英里）和6千米（3.7英里）之间的小行星种群被认为是可能的[10]。它们几乎热到可以发出红光[17]。

人们认为，祝融型小行星富含具有高熔点，如铁和镍等元素。因为这种破碎的物质比固体岩石更快地加热和冷却，并且更强烈地受到亚尔科夫斯基效应的影响，它们不太可能拥有风化层[5]。 祝融型小行星的颜色和反照率可能与水星相似[7]，并且可能包含从太阳系形成的最早阶段遗留下来的物质[12]。

有证据表明，水星在其发展的相对较晚的时候被一个大物体撞击[5]，这一次碰撞剥离了水星的大部分地壳和地函[16]，并解释了水星的地函与其他类地行星的地函相比的薄度。如果发生这样的撞击，产生的大部分碎片可能仍在祝融型小行星带绕著太阳运行[13]。

意义

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祝融型小行星，作为一类全新的天体，本身就很有趣[24]，而发现它们是否存在将有助于深入了解太阳系的形成与演化。如果它们存在，它们可能含有行星形成最早时期遗留下来的物质[12]，并帮助确定类地行星，特别是水星形成的条件[24]。特别是，如果祝融型小行星存在或过去确实存在，它们将代表一个额外的撞击者群体，除了水星之外，其他行星都没有受到影响[16]，使这颗行星的表面看起来比实际情况更古老[24]。如果发现祝融型小行星不存在，这将对行星的形成产生不同的限制[24]，并表明太阳系内部也有其它过程在起作用，例如行星迁移清除了该区域[18]。

相关条目

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参考资料

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  1. ^ Drobyshevskii, E. M. Impact Avalanche Ejection of Silicates from Mercury and the Evolution of the Mercury / Venus System. Soviet Astr. 1992, 36 (4): 436–443. Bibcode:1992SvA....36..436D. 
  2. ^ Standage, Tom. The Neptune File. Harmondsworth, Middlesex, England: Allen Lane, The Penguin Press. 2000: 144–149. ISBN 0-7139-9472-X. 
  3. ^ Miller, Ron. Extrasolar Planets. Twenty-First Century Books. 2002: 14. ISBN 978-0-7613-2354-9. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Vulcanoids. The Planetary Society. [2008-12-25]. （原始内容存档于2009-01-08）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 Roach, John. Fighter Jet Hunts for "Vulcanoid" Asteroids. National Geographic News. 2002 [2008-12-24]. （原始内容存档于May 8, 2002）. 
  6. ^ Campbell, W.W.; Trumpler, R. Search for Intramercurial Objects. Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 1923, 35 (206): 214. Bibcode:1923PASP...35..214C. S2CID 122872992. doi:10.1086/123310. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 FAQ: Vulcanoid Asteroids. vulcanoid.org. 2005 [2008-12-27]. （原始内容存档于July 24, 2008）. 
  8. ^ 8.0 8.1 Britt, Robert Roy. Vulcanoid search reaches new heights. Space.com. 2004 [2008-12-25]. （原始内容存档于2015-10-19）. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 Schumacher, G.; Gay, J. An Attempt to detect Vulcanoids with SOHO/LASCO images. Astronomy & Astrophysics. 2001, 368 (3): 1108–1114. Bibcode:2001A&A...368.1108S. doi:10.1051/0004-6361:20000356 可免费查阅. 
  10. ^ 10.0 10.1 Whitehouse, David. Vulcan in the Twilight Zone. BBC News. 2002-06-27 [2008-12-25]. （原始内容存档于2023-01-23）. 
  11. ^ David, Leonard. Astronomers Eye 'Twilight Zone' Search for Vulcanoids. Space.com. 2000 [2008-12-25]. （原始内容存档于July 24, 2008）. 
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 NASA Dryden, Southwest Research Institute Search for Vulcanoids. NASA. 2002 [2008-12-25]. （原始内容存档于2019-05-03）. 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 Alexander, Amir. Small, Faint, and Elusive: The Search for Vulcanoids. The Planetary Society. 2004 [2008-12-25]. （原始内容存档于2008-10-11）. 
  14. ^ 14.0 14.1 14.2 Steffl, A. J.; Cunningham, N. J.; Shinn, A. B.; Stern, S. A. A Search for Vulcanoids with the STEREO Heliospheric Imager. Icarus. 2013, 233 (1): 48–56. Bibcode:2013Icar..223...48S. S2CID 118612132. arXiv:1301.3804 可免费查阅. doi:10.1016/j.icarus.2012.11.031. 
  15. ^ Choi, Charles Q. The Enduring Mysteries of Mercury. Space.com. 2008 [2008-12-25]. （原始内容存档于2010-05-28）. 
  16. ^ 16.0 16.1 16.2 Chapman, C.R.; Merline, W.J.; Solomon, S.C.; Head, J.W. III; Strom, R.G. First MESSENGER Insights Concerning the Early Cratering History of Mercury (PDF). Lunar and Planetary Institute. 2008 [2008-12-26]. （原始内容存档 (PDF)于2021-01-18）. 
  17. ^ 17.0 17.1 Noll, Landon Curt. Vulcanoid Search during a Solar eclipse. 2007 [2008-12-24]. （原始内容存档于2023-02-01）. 
  18. ^ 18.0 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 Evans, N. Wyn; Tabachnik, Serge. Possible Long-Lived Asteroid Belts in the Inner Solar System. Nature. 1999, 399 (6731): 41–43. Bibcode:1999Natur.399...41E. S2CID 4418335. arXiv:astro-ph/9905067 可免费查阅. doi:10.1038/19919. 
  19. ^ Vokrouhlický, David; Farinella, Paolo; Bottke, William F. Jr. The Depletion of the Putative Vulcanoid Population via the Yarkovsky Effect. Icarus. 2000, 148 (1): 147–152. Bibcode:2000Icar..148..147V. S2CID 55356387. doi:10.1006/icar.2000.6468. 
  20. ^ Collins, M. D. The YORP Effect Can Efficiently Destroy 100 Kilometer Planetesimals at the Inner Edge of the Solar System. American Astronomical Society Meeting Abstracts #235. 2020, 235: 277.01 [2024-06-02]. Bibcode:2020AAS...23527701C. （原始内容存档于2021-03-11）. 
  21. ^ Greenstreet, Sarah; Ngo, Henry; Gladman, Brett. The orbital distribution of Near-Earth Objects inside Earth's orbit (PDF). Icarus. January 2012, 217 (1): 355–366 [2024-06-02]. Bibcode:2012Icar..217..355G. doi:10.1016/j.icarus.2011.11.010. hdl:2429/37251 可免费查阅. （原始内容存档 (PDF)于2019-05-29）. The existence of a non-negligible population of Venus-decoupled Vatiras thus begs the question as to whether any objects reach orbits entirely interior to that of Mercury. Accepted convention would likely to be to call such an object a Vulcanoid, although the term is usually intended to mean an object which has been resident inside Mercury for the entire lifetime of the Solar System. 
  22. ^ 22.0 22.1 Lewis, John S. Physics and Chemistry of the Solar System. Academic Press. 2004: 409. ISBN 978-0-12-446744-6. 
  23. ^ Stern, S.A.; Durda, D.D. Collisional Evolution in the Vulcanoid Region: Implications for Present-Day Population Constraints. Icarus. 2000, 143 (2): 360. Bibcode:2000Icar..143..360S. S2CID 11176435. arXiv:astro-ph/9911249 可免费查阅. doi:10.1006/icar.1999.6263. 
  24. ^ 24.0 24.1 24.2 24.3 24.4 Campins, H.; Davis, D. R.; Weidenschilling, S. J.; Magee, M. Searching for Vulcanoids. Completing the Inventory of the Solar System, Astronomical Society of the Pacific Conference Proceedings. 1996, 107: 85–96. Bibcode:1996ASPC..107...85C. 
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