美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将调查我们太阳系的黎明

艺术家渲染的詹姆斯·韦伯太空望远镜。

研究人员将观察遥远的小行星，其中一些带有卫星，以了解有关我们太阳系的组成和历史的更多信息

数以百万计的小行星漫游我们的太阳系。许多人聚集在小行星主带的火星和木星之间，而另一组人称为木马，既领先又跟随木星。这些像赛车一样围绕太阳系的岩石块能告诉我们有关太阳系形成的信息吗？由约翰霍普金斯大学应用物理实验室的安德鲁·里夫金（Andrew S. Rivkin）领导的NASA詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜即将进行的研究将产生新数据，这将有助于天文学家解开这些谜团。

里夫金说：“关于小行星的最大优点是有许多小行星。”“这意味着总是有足够明亮的东西在合适的地方供韦伯观察。”

里夫金（Rivkin）与北亚利桑那大学的克里斯蒂娜·托马斯（Cristina A. Thomas）合作。美国国家航空航天局（NASA）戈达德太空飞行中心的斯特凡妮·米拉姆（Stefanie N. Milam）；华盛顿特区天文学研究协会（AURA）的行星天文学家兼科学副主席海蒂·哈默尔（Heidi Hammel）可以在近红外和中红外光下观察这些小行星。

这个小组的计划将为不断增长的关于小行星的研究增加许多新的观察结果，并将帮助他们更多地了解小行星的起源和组成，从而为行星在早期太阳系中如何运动的历史提供线索。

太阳系的黎明

想象一下我们46亿年前形成的太阳系：围绕着我们年轻的太阳，一团团气体和尘埃在旋转，慢慢凝结并制造出小物体。当木星和土星等较大的物体开始形成时，它们收集的气团越来越大。不久，这些较大物体的引力作用开始雕刻圆盘，形成缝隙。

美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜。

经过数百万年的理论推论，木星，土星，天王星和海王星开始从最初形成的位置移动到当前位置，继续塑造内部太阳系，并最终将火星和木星之间的剩余岩石锁定在规则轨道上。当木星向内移动时，它们使这些小物体搅动起来，这意味着它们不可能轻易地彼此融合而最终形成像行星一样的大物体。

这些凌乱的岩石残骸是小行星。现在，科学家们知道，小行星是岩石内部行星的“基石”。一些靠近太阳形成，而另一些距离更远，这意味着它们的成分变化很大。研究人员可能已经了解到的最有趣的细节是，许多小行星可能没有在它们当前的轨道上形成。

摇滚明星

这个研究小组计划研究5个已知的小行星，其中3个在小行星主带和2个木马，分别在近红外和中红外波长，以补充和扩展其他NASA任务的观测结果，并使用Webb测试新技术。

他们将通过使用Webb的近红外光谱仪（NIRSpec）来观察这些小行星，该仪器将光分解成其组成部分的颜色，从而创建光谱，研究人员将对其进行分析以了解每个物体的组成。

小行星主带的一个主要目标是一个矮小的行星，谷神星被称为谷神星（Ceres），2015年至2018年，美国国家航空航天局（NASA）的Dawn宇宙飞船访问了该行星。谷神星的表面含有氨，这使研究人员想知道它是否在太阳系中形成得更远，或者矮行星是否包含了更远处的物质。通过获得比Dawn获得的波长更长的波长的Webb测量值，该团队将能够使用独特且互补的数据集来验证先前有关其表面成分的结论是否正确。同时，这些观察将有助于建立一种技术，以观察在Webb的这些波长下可能太亮而无法观察到的目标。Milam说：“通过尽我们所能为这个明亮的物体做的最好的科学，我们可能会与Webb合作，为其他研究人员打开新的科学机遇之门。”

谷神星是火星和木星之间主要小行星带中的矮行星。詹姆斯·韦伯太空望远镜于2021年发射升空后，将通过观察具有强大红外能力的主小行星带中的谷神星等物体，帮助研究人员发现更多有关太阳系形成的信息。

帕拉斯（Pallas）是主带中第二大小行星，也是矮行星候选者，是另一个重要目标。由于其轨道，帕拉斯对于航天器来说将非常难以访问。通过使用Webb进行观察，该团队将收集有关其表面和成分的数据，而这些数据否则很难获得。该团队还将对帕拉斯和另一个矮行星候选者海基亚（Hygeia）的测量结果与谷神星的数据进行比较，以帮助他们确定目标的异同。这些比较可能会提供有关这些内部行星构造块的形成历史的线索。

Trojan的目标Patroclus和Hektor与Webb的其他小行星目标有很大不同-不仅是因为它们位于木星附近，而且还因为它们有卫星。赫克托（Hektor）是双星，它的月球轨道紧密。相反，Patroclus和它的月亮之间有更多的空间。里夫金解释说：“韦伯将使我们能够分别研究每个小行星和月球。”“通过研究它们的卫星，我们还将能够检查每个二进制文件的形成方式并比较这两个系统。”这些数据还将帮助天文学家改进特洛伊小行星如何在其当前轨道上被捕获的模型。

图示描绘了太阳系统中小行星的分组主
要小行星带位于火星和木星之间，而特洛伊小行星则既领先又跟随木星。现在，科学家们知道小行星是内行星的原始“构建基块”。剩下的是无气的岩石，它们在46亿年前的太阳系形成时无法相互粘附而变成更大的物体。

该小组仔细选择了该计划的目标，以确保其数据能增强现有和将来的任务和天文台的数据。托马斯说：“例如，Patroclus是NASA即将进行的露西任务的目标。”“我们还可以将Webb数据与地面天文台的先前数据进行比较。将有很多补充数据需要检查。”

研究小组希望通过揭示这些特殊小行星的历史，来了解有关我们太阳系过去的更多信息。他们强调，韦伯提供了独特的机会，这不仅是因为韦伯的专业技术是红外线，而且因为其中一些目标很难用其他设施观察到。里夫金说：“韦伯让我们通过实地望远镜无法获得的高质量的观察结果来“访问”更多的小行星。

天文台还提供了新的科学机会。“韦伯将为所有科学家开辟一个前沿领域，”米拉姆解释说。“我们的数据将为未来考虑使用Webb的天文学家带来新的问题，并激发出许多新的科学思想。”

这项研究是韦伯保证时间观察（GTO）计划的一部分

韦伯跨学科科学家海蒂·哈默尔（Heidi Hammel）领导的太阳系研究。专门的GTO时间提供给了与NASA合作在Webb开发过程中发挥其科学能力的科学家。

哈梅尔说：“这些调查的目的是确保我们不仅在尽我们所能做的最好的科学，而且还为韦伯未来的科学打下基础。”

詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜将于2021年发射升空，它将是世界上最重要的太空科学天文台。韦伯将解决我们太阳系中的谜团，将目光投向其他恒星周围的遥远世界，并探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。Webb是一项由NASA及其合作伙伴ESA（欧洲航天局）和加拿大航天局领导的国际计划。