地球的“準衛星”之謎

身份成謎的小行星

一塊神秘的太空巖石一直是科學家關注的目標，因為它的軌道很特別，來源也很難確定，看起來并不像是來自小行星帶，這與大多數位于地球附近的小行星很不相同。科學家推測，這個神秘的物體很可能是很久以前一顆小行星撞擊了月球后，從月球上分裂出來的碎片。

這顆名為“2016 HO3”的小行星有一個別稱：“卡莫奧阿萊瓦”，在夏威夷語中是“振蕩的天體”的意思。“卡莫奧阿萊瓦”是一個直徑在40至100米間的近地天體，2016年被位于夏威夷的泛星1號小行星巡天望遠鏡發現。科學家認為，這個天體大約產生于100萬至1000萬年前的一次小行星撞擊。美國亞利桑那大學宇宙化學和行星天文學家維什努·雷迪以及他的博士生本杰明·夏基，一直專注于研究地球附近的太空巖石。然而，多年來，他們對“卡莫奧阿萊瓦”的出生地一直無法確定，原因是“卡莫奧阿萊瓦”是一個小天體，且距離地球太遠。他們使用的望遠鏡能力太弱，無法破解“卡莫奧阿萊瓦”的身份之謎。好在夏基之前曾使用大型望遠鏡研究過遙遠的天王星和海王星的衛星，他決定使用那樣的望遠鏡來研究這塊奇特的巖石。

于是，夏基用美國最大的光學望遠鏡之一的大型雙筒望遠鏡和洛厄爾發現望遠鏡，觀測“卡莫奧阿萊瓦”如何反射光線，想要揭示這塊巖石的物質組成。當陽光照射小行星的表面時，巖石中的礦物質吸收光線中的某些波長，同時反射其他波長。通過研究小行星表面反射光的光譜，天文學家可以測量小行星表面物質的化學“指紋”。

當雷迪和夏基獲得了這塊難以捉摸的太空巖石的最新觀察結果時，兩人簡直不敢相信自己的眼睛，因為這顆小行星和其他的小行星完全不一樣。雷迪指出，分析結果顯示，“卡莫奧阿萊瓦”與他們之前分析的 2000多顆已知的近地小行星中的任何一顆都不相符。

更令他們驚訝的是，“卡莫奧阿萊瓦”的光譜，與20世紀60年代初至70年代初實施的“阿波羅”計劃中被送回地球的月球物質樣本的光譜非常相似。夏基認為：“這個物體的光譜特性看起來與月球很類似。”

地球的追隨者

現在，“卡莫奧阿萊瓦”被天文學家稱為地球的“準衛星”。那么，什么是地球的準衛星呢？這是一種圍繞太陽運行的太空巖石，它們的軌道與地球非常相似，因此始終保持著伴隨地球的狀態。例如“卡莫奧阿萊瓦”的軌道和地球環繞太陽運行的軌道非常相似，只是稍微傾斜一點，也稍微拉長了一點。于是，這顆小行星基本上與地球相伴而行，只是時而出現在地球的前方，時而又出現在地球的后方，其距離地球的最近距離相當于月地距離的40倍。在“卡莫奧阿萊瓦”環繞太陽的一年時間里，大約一半時間較接近太陽，并位于地球前方的位置；在另外的一半時間里，它距離太陽較遠，位于地球后方的位置。它的軌道面和地球的軌道面還存在少許夾角，因此每年各有一次升到地球軌道面以上或降至地球軌道面以下的變化。這樣，在地球上看，它就給人一種環繞地球運行的錯覺，但它并不是地球真正的衛星，所以人們稱它為地球的“準衛星”。

雖然“卡莫奧阿萊瓦”不被認為是地球真正的衛星，但它卻是地球附近的近地天體和準衛星中最穩定的天體。“卡莫奧阿萊瓦”和其他在地球附近出現的準衛星有些不同，軌道分析表明，它已經陪伴地球運行了至少100年，而其他準衛星不會伴隨地球太久。“卡莫奧阿萊瓦”這種與地球、月球長期相隨的特性，使得科學家認為它在光譜上表現出的與月球物質樣本的相似性可能并非巧合。那么，它是否真的來自月球呢？

尋找“卡莫奧阿萊瓦”的出生地

如果你通過望遠鏡觀察月亮，那么你會在月表發現大量的隕石坑，這表明在月球上經常發生撞擊事件。撞擊噴射出的碎片會穿越太空，分散在宇宙空間。迄今，人們已經在地球上發現了480多塊月球隕石。由此可以推測的一種可能性是：“卡莫奧阿萊瓦”是在一次遠古的撞擊事件中從月球中分離出來的。如果事實果真如此，那么“卡莫奧阿萊瓦”就是第一塊被人們發現的從月球中分離出來的大型太空巖石。

假若真是這樣，那么這塊太空巖石究竟是怎樣從月球上撞擊下來的？它是從月球的什么部位撞擊下來的？又是如何進入現在的軌道運行的呢？為了回答這些問題，科學家像偵探一樣利用“卡莫奧阿萊瓦”和月球表面所有已知的信息來推導該天體起源的背景，這意味著要考慮碰撞所產生的噴射物的大小、速度及其動力學演化等因素。

科學家使用計算機模型來模擬有可能產生“卡莫奧阿萊瓦”的撞擊模式。此前的觀測顯示，“卡莫奧阿萊瓦”的運行軌道并不穩定，科學家因此有理由將其與一個不太古老的隕石坑聯系起來。這個隕石坑的年齡應該在一千萬年之內，且面積不會太大，這樣才能產生“卡莫奧阿萊瓦”這樣大小的完整碎片。為此，科學家需要篩選大量的隕石坑，只有在年齡和大小上完全符合條件的隕石坑，才會被認為有可能是產生了“卡莫奧阿萊瓦”的源隕石坑。結果，科學家發現，最好的候選者是佐丹奴布魯諾隕石坑，它同時符合年齡和大小兩個方面的條件。佐丹奴布魯諾隕石坑的直徑為22千米，是月球背面的一個年輕的撞擊坑。科學家估計，撞擊月球的小行星的直徑必須達到約1.6千米才能形成佐丹奴布魯諾隕石坑，并將“卡莫奧阿萊瓦”撞向太空。我國的研究團隊通過月球逃逸碎片的長期軌道演化研究，建立了從撞擊濺射到長期軌道演變的完整動力學路徑。這一路徑清晰地展示了“卡莫奧阿萊瓦”如何從佐丹奴布魯諾隕石坑中誕生，并經過數百萬年的太空之旅，最終穩定地運行在目前軌道上的全過程。

對“卡莫奧阿萊瓦”的研究也改變了人們對地球周圍近地天體群的看法，因為研究表明，雖然大多數近地天體來自火星和木星之間的小行星帶，但仍有一小部分可能來自月球或者其他地方。如果體積與“卡莫奧阿萊瓦”相當的小行星撞擊了地球，那么將產生相當于一百萬噸級炸彈釋放的能量。而佐丹奴布魯諾隕石坑和近地天體“卡莫奧阿萊瓦”可能存在關聯的這一最新的研究成果則提醒人們，在太陽系存在的46億年的歷史中，即使人們認為地球周圍近地天體群在較晚的時期已趨向于平靜，但巨大的太空巖石依然有撞擊地球的可能。

“天問二號”的探秘之旅

盡管對于“卡莫奧阿萊瓦”的研究有了上述的成果，但這些成果仍然需要得到進一步的證實。“卡莫奧阿萊瓦”和月球之間果真存在聯系嗎？科學家期待著確切的答案，而這個謎底將由我國執行第一次小行星采樣返回和主帶彗星探測任務的“天問二號”行星際探測器揭開。

“天問二號”任務屬于中國行星探測工程，計劃通過一次發射執行兩項任務，它要從“卡莫奧阿萊瓦”上采集樣本，并將樣本帶回地球。這項任務完成后，將前往主帶彗星311P開展伴飛探測。按照中國國家航天局公布的規劃，長征三號乙運載火箭將搭載“天問二號”行星際探測器在西昌衛星發射中心發射，具體發射時間預定為2025年。

與火星不同，“卡莫奧阿萊瓦”上沒有重力，它自轉很快，不到28分鐘就旋轉一周，這意味著“天問二號”要在茫茫太空中追上它，與其一道飛行，擇機附著取樣。樣本取回后，我國科學家將通過對樣本的研究和分析，徹底解答“卡莫奧阿萊瓦”與月球之間是否存在聯系的疑問，這是撞擊模型無法真正解決的問題。這次的小行星探測任務將是我國首次從行星際空間取回樣本，也將成為“天問三號”火星取樣返回重要環節的先期測試。

按照計劃，完成小行星采樣后，“天問二號”返回艙返回地球，主探測器則通過飛掠地球和火星獲得引力加速，前往位于火星和木星之間的主小行星帶，在那里造訪311P彗星。311P彗星是一顆“主帶彗星”，這是一個特別的彗星種類。通常，彗星都處于柯伊伯帶或者奧爾特云中，但主帶彗星則完全位于主小行星帶中，有著穩定的軌道和典型的彗星特征。2013年8月27日，科學家通過泛星望遠鏡發現了311P彗星，它的直徑約為480米。為了實現近距離探測，“天問二號”的主探測器必須加速追上這顆彗星，然后與之共軌飛行。在這個過程中，“天問二號”行星際探測器對其噴發出來的物質進行分析，從而完成對這顆彗星的探測。至此，“天問二號”行星際探測器的探測任務才算全部完成。