2026年6月19日
- 2025 年近距離飛掠小行星 (52246) Donaldjohanson 揭示了一個雙星系統，該系統具有由太陽輻射引起的異常、複雜的自轉特性。
- 有證據表明，小行星早期存在水。
- 唐納約翰遜是一顆直徑約 8.8 公里的小行星，以 3.58 億公里的距離繞太陽運行，週期為 3.7 年。
- 德國航空航天中心 (DLR) 在行星大地測量方面的專業知識為確定唐納德約翰遜行星的形狀、引力場和不尋常的旋轉特性做出了重大貢獻。
- 主要研究領域：太空旅行、太陽系、小行星、行星大地測量學
即使是小型小行星，有時也會經歷複雜的「自身生命」。去年，NASA的露西號探測器在飛掠小行星唐納德·約翰遜（Donaldjohanson）時發現，它是一顆形狀略微搖晃的花生狀雙星系統，在其相對短暫的歷史中已經經歷了許多變遷。這顆小行星由1.55億年前一次劇烈碰撞後重新聚合的碎片形成。它受到太陽輻射微弱但持續的影響，同時也保留了其遙遠過去短暫存在液態水的證據。德國航空航天中心（DLR）參與了露西號的科學研究，並為2026年6月18日發表的研究成果做出了重要貢獻。
2021年發射的露西號探測器穿越小行星帶，朝著木星特洛伊小行星群的兩組小行星之一飛去。 2025年4月20日，露西號在距離小行星唐納德·約翰遜（Donaldjohanson，以下簡稱DJ）僅一千多公里處飛掠而過，並收集了大量圖像和數據。數據顯示，唐納德·約翰遜並非像大多數小行星和行星那樣圍繞著固定的主軸旋轉，而是似乎圍繞著描繪出太空複雜圓弧的第二軸旋轉——即雙軸旋轉。研究人員也觀測到了DJ作為雙星體的細長形狀，以及其表面的隕石坑和隆起。露西號團隊歷時近一年的研究成果於今日發表在《科學》雜誌上。德國航空航天中心（DLR）太空研究所的斯特凡諾·莫托拉博士和弗蘭克·普魯斯克等研究人員貢獻了他們對旋轉參數、三維數字形狀模型和引力場的計算。
露西號探測器與小行星的遭遇被計劃為太空船部分自主飛掠模式的彩排，以及在下次遭遇之前對太空船儀器操作的團隊測試。任務的主要部分將於2027年8月12日由露西號探測器飛掠木星之前的「特洛伊」小行星歐律巴特斯開始。儀器和程序運作正常，此外，科學家們還獲得了難得的機會，近距離研究一顆此前未被探索過的小行星，並將其與兩顆成分相似但歷史不同的小行星進行比較：一顆是直徑500米的貝努小行星，它是NASA的OSIRIS-REx任務在2018年至2021年間採集樣本的目標；另一顆是直徑達1000公尺的小行星龍宮，它是日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的隼鳥2號探測器在2018年至2019年間訪問並採集樣本的目標——德國航空航天中心（DLR）也參與了隼鳥2號任務，並攜帶了MASCOT著陸器及其上的兩項實驗。
由於歲差引起的擺動旋轉
即使使用地面望遠鏡，觀測者也能觀測到DJ反射的陽光有波動，這表明它存在擺動現象。研究團隊在亮度曲線中發現了規律性的峰谷模式，這是細長天體的典型特徵，他們推測該天體每10.5個地球日繞其軸線自轉一周。然而，只有借助光變曲線，尤其是露西探測器拍攝的影像數據，才能對DJ的自轉進行定量理解和建模。
當他們近距離觀測到的亮度變化以及DJ自轉時空間位置的變化時，他們發現了一種不尋常的模式，表明DJ似乎像一個搖晃的、「進動」的陀螺一樣繞著兩個軸旋轉，導致輕微的擺動。 DJ似乎不是像大多數天體那樣繞著自轉軸穩定旋轉，而是在擺動。然而，就DJ而言，這個自轉軸並非固定在空間中，而是會進動，這意味著它在空間中描繪出一條複雜的軌跡。
該研究的作者報告稱，這顆小行星繞其最短軸自轉一周需要26.4個地球日，而該最短軸又繞決定其在太空中整體自轉的軸自轉一周需要7.5天。這兩個週期相互重疊，形成一個10.5天的視週期。因此，這顆長8.8公里、寬3.5公里的天體繞其最短軸自轉一週需要超過26天。觀測到的亮度波動是由這顆小行星不斷變化的自轉方向所造成的。
花生形狀－以及一種非凡的效果
雖然地面望遠鏡的觀測結果顯示DJ呈細長形狀，但露西號探測器飛掠DJ後發現它呈雙葉狀結構：兩個獨立的天體，兩個葉狀部分，通過一個狹窄的頸部連接，形似花生。這兩個葉狀部分很可能是先前小行星碰撞產生的兩個碎片，它們在相互引力的作用下逐漸靠近，最終在引力的作用下連接在一起。
研究團隊估計，DJ天體形成之初的自轉速度可能至少是現在的十倍，並在過去兩千萬至六千萬年間逐漸減速至目前的水平。隨著自轉速度的減慢，導致天體分離的離心力與將兩個天體瓣狀結構質量結合在一起的引力之間的平衡發生了變化。這導致鬆散的岩石物質沿著斜坡滑落，最終形成瞭如今遍布隕石坑的地貌，正如飛掠圖像所示。
研究人員懷疑小行星的自轉受到所謂的YORP效應（以科學家雅科夫斯基、奧基夫、拉齊耶夫斯基和帕達克的名字命名）的影響。在這種效應中，太陽加熱並輻射回大氣層的能量會在很長一段時間內對天體施加微小的力。這些力量會逐漸加速或減速其自轉，例如貝努（每四小時自轉一周）和龍宮（每七小時自轉一周），它們過去的自轉速度可能比現在慢得多。
揮發性水的跡象
當露西號探測器以近5萬公里/小時的速度飛掠DJ小行星時，其光譜感測器探測到了表面含鐵層狀矽酸鹽的特徵訊號：這些黏土礦物與地球上的黏土礦物類似。這些黏土礦物必定是在遙遠的過去，在液態水的幫助下形成的，當時含鐵礦物與水分子接觸。然而，露西號的科學團隊得出結論，這種接觸時間一定相對較短，因為當水長時間存在時，黏土礦物中的鐵往往會被其他元素（例如鎂）所取代——而這裡的情況並非如此。
事實上，在小行星貝努和龍宮上也發現了富含鎂的黏土，顯示它們曾長期暴露於水中，或許長達數百萬年，當時它們還是較大小行星的一部分。這種水暴露歷史的差異，以及其他特徵，可能意味著這三顆小行星的母體形成於不同的時間，或位於太陽系的不同區域，之後才被推入主小行星帶。
唐納德約翰遜小行星比其他已研究的小行星年輕得多。
DJ被認為是由一顆更大的、富含碳和水的近地小行星的岩石殘骸組成，這顆近地小行星與小行星帶中的另一顆天體相撞後形成。它屬於富碳C型小行星，很可能是所謂的埃里戈涅家族成員，該家族的母體埃里戈涅直徑約60公里（163），在1.55億年前的一次撞擊中解體。貝努和龍宮也被認為以相同的方式在同一區域形成。
但DJ有所不同。它只有1.55億年的歷史，比形成於10億至20億年前的貝努和龍宮年輕得多。 DJ自形成以來一直待在小行星帶中，而它的那些「遊蕩的同類」則進入了繞太陽運行的軌道，這些軌道使它們成為近地天體（NEO），每年大約會接近地球軌道一次（這使它們成為採樣返回任務的理想目標）。
「將唐納德·約翰遜小行星與貝努和龍宮等外形相似的小行星進行比較，對小行星研究極其有幫助，因為每一個細微的差別都為我們自身的起源故事提供了新的線索，」來自美國科羅拉多州博爾德市西南研究院的「露西號」探測器科學團隊副負責人、發表在《科學》雜誌上的這項研究的主要作者西蒙娜·馬爾基·馬爾納·馬爾納·馬爾納·馬爾納說道。 「一旦我們對環繞木星運行的『特洛伊』小行星有了更多了解——這些小行星代表著與太陽繫起源截然不同的太空岩石群體——也就是『露西』號探測器的真正科學目標，它們有著完全不同的歷史，我們對太陽系形成的理解將會受到挑戰，」馬爾基補充道。
美國太空總署的「露西號」探測器將首次探索木星的特洛伊小行星群。該任務以唐納德·約翰遜及其探險隊於1974年在埃塞俄比亞發現的一具人類祖先化石骨骼命名（2025年4月即將探測到的那顆小行星也以此命名，它於1981年在澳大利亞賽丁泉天文台被發現）。這些小行星是一群保存完好的岩質天體，形成於太陽系早期，它們有助於科學家了解行星在形成和演化成如今的形態之前是如何移動的。
[照片]
(A) 唐納約翰遜：一顆翻滾、進動的行星
2025年4月20日，露西號探測器飛掠小行星唐納德·約翰遜（Donaldjohanson）時，小行星自轉的波動揭示了一種不尋常的模式，表明該天體每10.5個地球日繞兩個軸旋轉一周，很像一個「進動」陀螺。因此，這顆小行星看起來並非像剛體那樣繞著主慣性軸旋轉，而是在擺動。然而，對於唐納德·約翰遜來說，這個軸並非固定在空間中：它最初繞著其最短軸（圖中藍色標記）旋轉，而該軸又圍繞角動量軸（白色標記）構成一個複雜的進動軌道。
(B) 從960公里外拍攝的小行星(52246) Donaldjohanson
2025年4月20日，NASA的露西號探測器飛掠小行星唐納德約翰遜（Donaldjohanson）時，首次拍攝到這顆小行星的近距離照片，讓我們得以詳細觀察這顆花生狀的旋轉天體。這顆小行星長約8公里，比預期大。這張照片是露西號搭載的L'LORRI相機拍攝的分辨率最高的照片之一，照片中甚至可以看到小至50米的地形特徵。雙星系統中兩個天體撞擊坑密度的差異十分顯著。唐納德約翰遜是一個接觸雙星系統，很可能是由兩個獨立的天體碰撞合併而成。露西號以約1000公里的距離飛掠而過，拍攝了高解析度影像並進行了物理測量，從而從不同角度重建了它的三維形狀，並了解了它的內部結構和獨特的旋轉特性。
(C) 唐納德約翰遜小行星引力場方向
小行星唐納德約翰遜以擺動的方式緩慢旋轉，其繞最短軸（圖中藍色標記）的旋轉會發生進動。這意味著，在大多數天體中是剛體的旋轉軸，在空間中呈現出複雜的運動，並看起來像是繞著角動量軸旋轉。在此圖中，表面顏色根據引力傾角而定，引力傾角衡量的是局部表面與引力方向之間的夾角。數值越高（顏色越暖），表示相對於局部引力而言，地形越陡峭。立體影像覆蓋範圍有限、形狀模型表現不佳的區域已被隱藏。
(D) 前往木星軌道途中：露西號探測器
美國太空總署（NASA）的「露西號」探測器於2021年發射升空，並於2025年4月20日以每秒13.4公里的速度、距離960公里飛掠了直徑8公里的小行星(52246)唐納德約翰遜。這次飛掠是為研究木星軌道上的「特洛伊」小行星進行一次預演，探測器將於2027/28年和2033年再次抵達這些小行星：這張圖片是藝術家對這次飛掠的想像圖。在飛掠唐納德約翰遜期間，科學團隊拍攝的圖像揭示了這顆小行星上小至50公尺的細節。