盖亚揭开翻滚小行星之谜，并揭示其内部秘密

东京大学的周文瀚博士在EPSC-DPS2025会议上公布了一项研究成果，他表示：“我们利用盖亚卫星独特的数据集、先进模型和人工智能工具，揭示了塑造小行星旋转的隐藏物理机制，为了解这些古老天体的内部结构打开了一扇新窗口。”

在对整个天空的巡天过程中，盖亚任务基于小行星的光变曲线（描述小行星旋转时反射光随时间变化的曲线）生成了庞大的小行星旋转数据集。当将小行星数据绘制在旋转周期与直径的图表上时，一个惊人的现象凸显出来——存在一个“间隙”，或者说是一条分界线，似乎将小行星分为两个不同的群体。

如今，由周文瀚领导的这项研究（大部分工作是他在法国蔚蓝海岸天文台期间完成的）揭示了这一间隙的成因，并借此解开了一些关于小行星旋转的长期谜团。

周文瀚解释道：“我们构建了一个新的小行星自旋演化模型，该模型考虑了两种关键过程之间的相互作用，即小行星带中的碰撞（会使小行星进入翻滚状态）和内摩擦（会逐渐将其自旋平滑回稳定旋转状态）。当这两种效应达到平衡时，它们会在小行星群体中形成一条自然的分界线。”

通过将机器学习应用于盖亚的小行星目录，并将结果与模型预测进行比较，周文瀚团队发现间隙的位置与模型预测几乎完全吻合。

间隙下方是旋转周期小于30小时的慢速翻滚小行星，而间隙上方则是快速“纯”旋转的小行星。

几十年来，天文学家一直困惑于为何有如此多的小行星在混沌翻滚，而非围绕单一旋转轴旋转，以及为何较小的小行星更可能慢速翻滚。

周文瀚的研究表明，碰撞和太阳光的影响是关键。翻滚运动通常始于小行星缓慢旋转时。其缓慢的旋转意味着它更容易受到碰撞的干扰，而碰撞会使小行星陷入混沌翻滚状态。

通常情况下，太阳光的微弱力量本应使小行星停止翻滚并加速旋转。小行星表面吸收太阳热量后会向不同方向重新辐射，辐射出的光子会给小行星一个微小的推力，这种推力会随时间累积，根据小行星的情况，既可能加速其旋转，也可能减慢其旋转。对于绕轴稳定旋转的小行星，太阳光吸收和辐射的方向保持恒定，使得太阳光的推力能够不断累积。

然而，对于翻滚的小行星，太阳光的影响要弱得多。由于它们在混沌旋转，表面不同部分在任何时刻都在吸收和辐射热量。这样一来，吸收和辐射太阳光的效应被平均化，不会在任何方向产生持续的推力。因此，慢速翻滚的小行星自旋变化非常缓慢，被困在盖亚观测数据中间隙下方的慢速旋转区域。

这一发现具有实际用途。通过了解小行星内部结构的刚性与其旋转的关系，我们可以利用这一知识推断小行星的内部特性。从盖亚数据来看，研究结果支持小行星是由松散聚集的“碎石堆”构成的观点，这些碎石堆内部有许多孔洞和空腔，表面覆盖着厚厚的尘埃状风化层。

了解小行星的特性对如何偏转有碰撞风险的危险小行星也有影响，因为像美国宇航局DART任务那样的动能撞击，对于碎石堆小行星和固态刚性小行星的效果是不同的。得益于这些发现，天文学家很快就能获得大量潜在危险小行星的内部结构目录，这可能是成功偏转它们的关键。

周文瀚表示：“随着维拉·C·鲁宾天文台‘时空遗产巡天’（LSST）等即将开展的观测项目，我们将能够把这种方法应用于数百万颗更多的小行星，从而完善我们对它们演化和构成的理解。”