[论文解读] A hypothesis on the origin of C-type asteroids and carbonaceous chondrites

V. V. Busarev|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2012

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文提出，C型小行星和碳质球粒陨石起源于在木星形成区形成的水分化天体中吸积的含水硅酸盐-有机物质。木星的引力散射将这些物质抛射至主带小行星带，导致其碎裂与再吸积，从而解释了低反照率表面、高温小行星上的含水硅酸盐，以及部分球粒陨石中单向磁化的现象。

ABSTRACT

A hypothesis based on observational and theoretical results on the origin of C-type asteroids and carbonaceous chondrites is proposed. Asteroids of C-type and close BGF-types could form from hydrated silicate-organic matter accumulated in the cores of water-differentiated (due to 26Al and other short-lived isotopes decay) bodies existed in the growth zones of Jupiter. Gravitational scattering of such bodies by Jupiter at its final stage of formation to the main asteroid belt might have led to fragmentation and re-accretion of their primitive materials on the surfaces of many asteroids and/or asteroid parent bodies. The hypothesis makes clear a row of long-standing puzzling facts, the main of which are as follows. The low-albedo and carbonaceous-chondritic surface properties of (1) Ceres contradict to its probable differentiated structure and icy crust (e. g., Thomas et al., 2005, Nature 437: 224-226; Castillo-Rogez et al., 2010, Icarus 205, 443-459), but it could be explained by the process of primitive matter fall. Atypical hydrated silicates (probably, as a component of carbonaceous-chondritic matter) are found on the surfaces of many asteroids of high-temperature types (Rivkin et al., 1995, Icarus 117: 90-100; Rivkin et al., 2000, Icarus 145: 351-368; Busarev, 1998, Icarus 131: 32-40; Busarev, 2002, Solar System Research 36: 39-47) that may be a consequence of the carbonaceous-chondritic matter precipitation on their surfaces. Some carbonaceous chondrites are unidirectionly magnetized (e. g., Stacey et al., 1961, J. Geophys. Res. 66: 1523-1534; Butler, 1972, Earth Planet. Sci. Lett. 17: 120-128) which may be a result of their stay on the surface of an early differentiated asteroid parent body having melted interiors and a strong magnetic field.

研究动机与目标

• 解释C型小行星和碳质球粒陨石的起源，尽管它们数量众多，但其起源仍不甚明了。
• 解决Ceres等天体表面呈现低反照率、富含碳质物质，却表现出内部分异和冰质地壳的矛盾现象。
• 解释为何在高温型小行星上能检测到含水硅酸盐，这与其热历史相矛盾。
• 解释某些碳质球粒陨石中观测到的单向磁化现象。
• 将多种看似无关的观测异常统一于一个动力学与成分起源的假设之下。

提出的方法

• 提出水分化天体在木星吸积区形成，短寿命同位素（如26Al）引发熔融与水合反应。
• 模拟这些天体在木星形成末期的引力散射，将其抛射至主带小行星带。
• 引入原始的、含水硅酸盐-有机物物质再吸积至小行星表面，作为表面物质输送机制。
• 通过分化母体上长期暴露于强磁场来解释球粒陨石中的磁化现象。
• 利用小行星反照率、光谱特征及球粒陨石磁化数据约束该假设。
• 整合Ceres、R型小行星和磁化球粒陨石的数据，验证该模型在多种天体上的适用性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何C型小行星（如Ceres）表现出低反照率、富含碳质的表面，尽管其内部存在分异和冰质地壳？
• RQ2 为何在应已失去挥发物的高温型小行星上仍能检测到含水硅酸盐？
• RQ3 何种机制可能在某些碳质球粒陨石中产生单向磁化？
• RQ4 何种动力学过程可将原始的、经历水蚀变的物质从木星形成区分散至主带小行星带？
• RQ5 外源物质输送如何改变小行星表面成分，而不改变其整体结构？

主要发现

• 该假设将Ceres的低反照率表面解释为原始物质吸积的结果，解决了其分异内部与表面特征之间的矛盾。
• 高温小行星上的含水硅酸盐被解释为来自散射的、经历水分化的天体的外源沉积物。
• 部分碳质球粒陨石中的单向磁化归因于其分化母体上长期暴露于强磁场。
• 木星形成阶段的引力散射被提出为将原始物质输运并分散至主带的机制。
• 该模型将表面反照率、光谱特征和磁化等多样观测统一于单一起源情景之下。
• 该假设与Ceres、R型小行星及磁化球粒陨石的观测数据一致，为长期存在的谜题提供了连贯的解释。