宇宙中的天體長什么樣厌秒？不知道唐断。反正不都是球伟葫，尤其是那些小個頭兒的天體构舟。大多數(shù)小天體，比如小行星和彗星靴迫，都長得挺隨心隨欲的佳镜。

彗星和小行星大小和形狀舉例启盛。來源：ESA

非要總結(jié)歸類的話霜第，也不是完全無跡可尋，最常用的標(biāo)準(zhǔn)就是長寬比啦户辞。雖然同樣是不規(guī)則形態(tài)泌类，有些小天體長寬比小些，像個蘋果底燎；而有些長寬比大些刃榨，就像個芒果。更夸張的就是去年新發(fā)現(xiàn)的第一顆來自太陽系外的星際來客‘Oumuamua双仍，長寬比高達10:1枢希，假想圖長這樣：

‘Oumuamua形狀的假想圖。來源：NASA

在這類長寬比較大的小天體里朱沃，還有一種更加奇特的形態(tài)：啞鈴型或雙葉型（bilobate）苞轿，顧名思義，就是明顯可以看到兩端粗中間細(xì)逗物。比如彗星1P/Halley（也就是我們說的哈雷彗星）搬卒、19P/Borrelly，更典型的是被羅塞塔號詳細(xì)觀測過的彗星67P/楚留莫夫（67P/Churyumov–Gerasimenko）翎卓。

彗星67P/楚留莫夫契邀、1P/Halley、19P/Borrelly都是有名的啞鈴型小天體失暴。來源：NASA

彗星67P的兩個啞鈴頭不僅個頭大坯门，而且一大一小微饥，橫著看像啞鈴，豎起來看簡直是只大黃鴨……嗯古戴，半個澳門那么大的大黃鴨……

彗星67P欠橘。來源：ESA

侵蝕說和撞擊說

這類啞鈴型小天體是如何形成的？多年以來一直是科學(xué)家們爭議的話題允瞧。有兩種猜測：一種是侵蝕說——一整塊細(xì)長型小天體經(jīng)過局部性的質(zhì)量損失和風(fēng)化侵蝕简软，最終變成了啞鈴狀；一種是撞擊說——兩個小天體各自形成述暂，然后因為碰撞而連接起來的痹升。

侵蝕說和撞擊說示意圖。局部性的侵蝕作用可能是由于彗星在近日點附近的排氣作用引起的局部質(zhì)量損失等原因造成的畦韭。制圖：haibaraemily

那么彗星67P是哪一種呢疼蛾？2014年8月6日，歐空局發(fā)射的羅塞塔號探測器給出了明確的答案[1]艺配。羅塞塔號攜帶的OSIRIS相機察郁，不僅獲取了彗星67P表面所有的區(qū)域的影像并進行了分區(qū)，而且還以高達7米/像素的分辨率精細(xì)測繪了彗星67P的層狀結(jié)構(gòu)（layaers）转唉。

羅塞塔號及其攜帶的菲萊號著陸器和彗星67P皮钠。來源：ESA

羅塞塔號獲取的影像中，地表的斷層形成臺階一樣的臺地赠法，暴露出彗星67P地下淺層豐富的層狀結(jié)構(gòu)麦轰，表明它并不是一個均質(zhì)的“蘋果”，而是一個層層疊加的“洋蔥”砖织。

左圖是彗星67P上Seth區(qū)域中的臺地（綠色）和暴露出來的地層（紅色）款侵。右圖是放大后的平行地層。來源：ESA

這些層狀結(jié)構(gòu)是如何形成的侧纯？目前尚有爭議新锈。不過需要注意的是：彗星上這些地層（層狀結(jié)構(gòu)）并不完全對應(yīng)于地球上的地層，因為這些層狀結(jié)構(gòu)并不是沉積而成的眶熬。目前的研究認(rèn)為彗星上這些層狀結(jié)構(gòu)可能是彗星在吸積過程中形成的妹笆，或者是在近日點活躍期揮發(fā)份升華形成的（這兩種都是從內(nèi)到外的形成順序），也可能是彗星在每次近日點-遠日點反復(fù)運動的過程中周期性受熱導(dǎo)致內(nèi)部“裂開”形成的（也就是從外到內(nèi)的形成順序）娜氏。總之晾浴，這些層狀結(jié)構(gòu)并不意味著成分或者密度的差異。

顯然牍白，侵蝕說和撞擊說產(chǎn)生的地層特征應(yīng)當(dāng)是不同的脊凰。如果啞鈴結(jié)構(gòu)是由局部侵蝕產(chǎn)生的，那么靠近侵蝕部分的地層方向和重力方向就不垂直了。

侵蝕和撞擊形成的啞鈴型小天體應(yīng)該會有完全不同的地層分布狸涌。制圖：haibaraemily

通過分析羅塞塔號傳回的影像數(shù)據(jù)切省，科學(xué)家重現(xiàn)了彗星67P表層向下650米深的地層結(jié)構(gòu)，確認(rèn)彗星67P并不是一個大洋蔥被局部侵蝕變成啞鈴形狀的帕胆，而是兩個各自獨立形成的“洋蔥頭”重組而成的[1]朝捆。

多視角的地層和重力方向關(guān)系，黃色為重力方向懒豹，虛線為地層位置芙盘，兩者幾乎處處近乎垂直。來源：文獻[1]

但是新問題又來了脸秽，如果彗星67P是撞擊合并而成的儒老，又要如何保持原本的地層和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而不被猛烈的撞擊產(chǎn)生的熱所融化重鑄呢记餐？這種相遇和結(jié)合驮樊，到底是什么引起的？科學(xué)家們對此依然充滿爭議片酝。

怎么撞上的囚衔？

一種觀點認(rèn)為，兩顆形成于太陽系相似的環(huán)境中的原始彗核碰巧相遇了雕沿，因為相對速度不大练湿，兩顆彗核緩緩相撞并由于引力作用最終結(jié)合在了一起形成今天的彗星67P（所以我們姑且管這叫“緣分說”吧）。但由于這一過程只可能發(fā)生在太陽系形成早期（最開始的1000萬年左右）审轮，所以如果這一假說是真的肥哎，就說明彗星67P非常古老，在太陽系早期就已經(jīng)完成了合并断国。

緣分說。來源：參考文獻[2] | 翻譯：haibaraemily

這一假說的局限性是顯而易見的：真的就有這么巧榆苞？倆雙胞胎剛好又撞在一起了稳衬，沒有早一點，沒有晚一點坐漏，沒有快一點薄疚，也沒有慢一點？當(dāng)然赊琳，用“幸存者偏差”可以部分解釋這種“巧合”——如果不是這么巧街夭，兩顆差不多大的彗核要么就永遠無法相遇，要么就迎頭猛撞然后粉身碎骨躏筏“謇觯總之我們今天能看到的，都是幸存下來的……

似乎也沒毛病……

但也有一部分科學(xué)家并不相信這種巧合，于是就有了另一種假說：災(zāi)難性撞擊說埃碱。

在茫茫宇宙這么長的時間尺度下猖辫，大大小小天體之間的猛烈撞擊是很常見的，月球上密集的隕石坑就是最好的證明砚殿，1994年舉世矚目的彗木相撞更是讓無數(shù)人直觀感受到了天體之間的撞擊啃憎。只不過，大小差異太過懸殊的情況下似炎，自然是大天體巋然不動辛萍，小天體尸骨無存。

左：滿目瘡痍的月球高地羡藐；右：彗木相撞后在木星上留下的紅褐色斑點贩毕。來源：NASA

那如果是大小差不多（量級上可比）的天體呢？如果速度還很快呢传睹？這樣的撞擊就可能是毀滅性的耳幢，大天體也不能幸免，也會被撞得粉碎欧啤。災(zāi)難性撞擊說就是基于這種撞擊事件的進一步猜想：一顆被毀滅性大撞擊完全擊碎的大天體的千百萬塊碎片中睛藻，一部分碎片又重新聚集和吸積，兩塊較大的碎片結(jié)合成了如今的彗星67P邢隧。這樣的撞擊事件在整個太陽系的各個階段都在不斷發(fā)生店印，并不是太陽系早期獨有的。所以如果這個假說是真的倒慧，那么雖然彗星67P的兩個“啞鈴頭”依然保留著太陽系最古老的特征按摘，但如今這個合并的模樣可能其實很年輕。

災(zāi)難性撞擊說纫谅。來源：參考文獻[2]| 翻譯：haibaraemily

大撞擊：水能煮粥炫贤，亦能載舟？

災(zāi)難性大撞擊的假說也不是因為不喜歡緣分說憑空想出來的付秕。天文學(xué)家在研究小行星的形成原因時就成功地證明過這個假說兰珍。當(dāng)時人們發(fā)現(xiàn)，雖然太陽系里有辣么多辣么多小行星询吴，但明顯可以有些小行星的光譜和軌道特征太像了——這絕對是一家子出來的奥雍印！于是科學(xué)家們通過光譜特征把一些小行星分了類（族）猛计。

一個很自然的推理就是：同族的小行星們都是同一顆母天體被撞出來的碎片唠摹！2001年，法國尼斯天文臺的Michel團隊首次通過計算機模擬較為全面地重現(xiàn)了這個過程奉瘤，表明被撞擊后的碎片是可以快速完成吸積和重組的[3]勾拉。

災(zāi)難性撞擊之后碎片的重組過程。來源：參考文獻[3] | 翻譯：haibaraemily

這一結(jié)果還登上了2001年11月23日的Science封面。

Michel的模擬結(jié)果雖然極其精彩望艺，但也有明顯的粗糙之處——為了簡化苛秕，所有的碎片和碎片的重組體都以球形模擬，而沒有考慮它們的實際形狀找默。于是2013年艇劫，Michel及同事又做出了一些改進，改進后的模擬結(jié)果表明惩激，這種災(zāi)難性大撞擊之后的重組可以形成各種形狀的小天體[3]店煞。

Michel和同事們用改進版模型模擬出災(zāi)難性撞擊之后碎片重組出小行星“絲川”的過程。來源：參考文獻[4] | 翻譯：haibaraemily

改進版模型已經(jīng)可以模擬出彗星這樣不規(guī)則形狀的小天體了风钻，但從小行星到彗星還是差了那么一點：彗星更加特殊顷蟀，不僅質(zhì)地更松散，而且還含有大量固態(tài)形式的揮發(fā)性物質(zhì)（比如水冰）骡技。經(jīng)過大撞擊后的重組鸣个，彗星的松散質(zhì)地和揮發(fā)性組分還能保持的住么？

近日布朦，同樣來自法國尼斯天文臺的Schwartz及其同事們的最新模擬結(jié)果[5]表明：完全沒問題囤萤！

他們模擬了以下不同速度和質(zhì)量比的多種災(zāi)難性撞擊下母天體碎片的重吸積過程。

模擬中選取的撞擊參數(shù)是趴，每種都已經(jīng)達到了災(zāi)難性撞擊的閾值涛舍，也就是每種情況下母天體都會被撞擊所粉碎。注意這里的速度是撞擊體撞碎母天體的相對速度唆途。彗星67P的質(zhì)量大約為模擬采用的母天體質(zhì)量的9%富雅。來源：參考文獻[5]

以下是其中一種模擬情況下母天體被撞碎和碎片吸積重組的樣子。

Schwartz及同事們模擬的撞擊速度150 m/s肛搬，摩擦角29°情況下没佑，母天體被撞碎以及碎片的重吸積過程。來源：參考文獻[5]

模擬結(jié)果顯示温赔，毀滅性大撞擊之后蛤奢，母天體的碎片完全可能以低速相互碰撞（相對速度小于1 m/s）的方式重新聚集在一起，重吸積之后會產(chǎn)生各種大小和形態(tài)的小天體让腹，其中完全可能形成67P這樣的啞鈴型形狀远剩。并且扣溺，碎片重組過程中產(chǎn)生的熱量并不高骇窍，也不會發(fā)生劇烈的壓縮，可以允許大部分碎片依然保持原先的形態(tài)锥余、揮發(fā)組分腹纳，和松散質(zhì)地。

Schwartz及同事們模擬的災(zāi)難性大撞擊發(fā)生9天后還在進行的緩慢碰撞和融合，這個10.7秒的視頻代表了10.7個小時內(nèi)的變化來源：參考文獻[5]

啞鈴型彗星的災(zāi)難性撞擊起源假說可以更好地解釋這些碎片為什么會剛好碰撞在一起嘲恍，也可以更好地解釋彗星表面的斷層等撞擊相關(guān)的地貌成因足画。同時，這樣的撞擊在太陽系歷史上的任何時候都可能發(fā)生佃牛。因此雖然彗星67P的兩個啞鈴頭部分已經(jīng)保留著太陽系最原始的成分淹辞，但這種新的組成體，以及表面的一些地貌形態(tài)可能非常年輕俘侠。

結(jié)語

如果我們把時光的指針稍稍撥回一百年象缀，那時候的科學(xué)家們沒有幾個會相信月球上的隕石坑是隕石撞擊形成的（那時候大多數(shù)人認(rèn)為是火山噴發(fā)或者地表塌陷形成的），畢竟爷速，那些密密麻麻的隕石坑……Excuse me央星，撞擊怎么可能起到這么大的作用？惫东！

然而莉给，如今的我們已經(jīng)知道，不僅月球廉沮、火星和太陽系中幾乎所有的固態(tài)天體上都布滿了隕石撞擊留下的痕跡（地球上也有颓遏，只是大多被后來的地質(zhì)作用抹掉了），甚至連月球本身都可能是大撞擊產(chǎn)生的废封，冥衛(wèi)一卡戎可能也是形成于類似的過程州泊；地球上的水和有機物可能是小行星和彗星的撞擊帶來的；土星壯麗的環(huán)系有些可能來自衛(wèi)星被撞碎的碎片……

雖然在這茫茫宇宙的漫長歷史中漂洋，有無數(shù)的天體曾經(jīng)或正在撞擊中走向毀滅遥皂。

但這毀滅之中，也孕育著新生刽漂。

想象中的形成月球的大撞擊圖景演训。大撞擊假說認(rèn)為，約45億年前贝咙，一個火星大小的天體撞擊地球样悟，其碎片形成了后來的月球。不過關(guān)于撞擊體的大小庭猩、撞擊發(fā)生的次數(shù)等細(xì)節(jié)問題目前依然有爭議窟她。大撞擊假說是目前最受青睞的月球起源假說。來源：NASA

參考文獻

1.Massironi, M., Simioni, E., Marzari, F., Cremonese, G., Giacomini, L., Pajola, M., ... & Preusker, F. (2015). Two independent and primitive envelopes of the bilobate nucleus of comet 67P. Nature, 526(7573), 402.

2.Nature News：How the rubber-duck comet got its shape

3.Michel, P., Benz, W., Tanga, P., & Richardson, D. C. (2001). Collisions and gravitational reaccumulation: Forming asteroid families and satellites. Science, 294(5547), 1696-1700.

4.Michel, P., & Richardson, D. C. (2013). Collision and gravitational reaccumulation: Possible formation mechanism of the asteroid Itokawa. Astronomy & Astrophysics, 554, L1.

5.Schwartz, S. R., Michel, P., Jutzi, M., Marchi, S., Zhang, Y., & Richardson, D. C. (2018). Catastrophic disruptions as the origin of bilobate comets. Nature Astronomy.