行星和衛星通常會成為焦點，但從彗星和小行星等大量較小的天體中，我們也可以學到很多關於太陽系的知識。這是加州大學洛杉磯分校的行星科學家大衛·朱伊特的想法，他在觀察海王星附近的一組小行星時發現了一個宇宙難題。
人們通常認為這些天體來源於另一組被稱為柯伊伯帶的小行星，該小行星帶在海王星之外形成一個環。但朱伊特表明，這顆行星附近的小行星與其假定的柯伊伯帶母體顏色截然不同。更奇怪的是，海王星小行星距離太陽太遠，自誕生以來，它們的表面應該幾乎保持原始狀態，幾乎沒有受到我們最近恆星的溫暖射線的改變——然而它們看起來與木星附近的被太陽烘烤過的一組小行星非常相似。這些令人困惑的觀察結果——小行星看起來與它們在平靜的太陽系邊境中假定的母體完全不同，但卻與被太陽烘烤過的假定親戚非常相似——質疑了科學家們關於太陽系起源和演化的最佳理論。
小行星的大小從鵝卵石到大都市地區不等，它們是 45 億多年前我們恆星系形成的遺蹟。它們代表了沒有被捲入行星的物質，並且今天分散在整個太陽系附近。數百萬顆小行星在火星和木星之間的主小行星帶中繞太陽執行，但其他被稱為特洛伊小行星的小行星則佔據著與木星和海王星相同的軌道，儘管它們成對分佈在它們各自宿主行星前方或後方 60 度的地方。（火星也有一些特洛伊小行星，但朱伊特說，它們是“無關緊要的”群體。）
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天文學家長期以來一直在爭論這些所謂的木星和海王星特洛伊小行星的起源。它們是形成行星的氣體和塵埃盤的殘餘物嗎？是從一開始就伴隨著各自行星宿主的原始殘留物嗎？還是它們形成於更遠的地方，可能是在遙遠的柯伊伯帶，只是後來才向太陽方向移動，被木星和海王星的引力捕獲？
朱伊特認為，當太陽系從其誕生盤中合併時，特洛伊小行星形成於木星和海王星附近——在這個時代，與每個行星相比，小行星會更豐富，並且以較低的相對速度移動，從而促進它們的捕獲。“如果你向我扔一個球，我可以接住它，”他說，“如果你向我射一顆子彈，我不會接住它。”
但許多關於太陽系歷史最初幾億年的獨立模擬描繪了一幅截然不同的景象。這些模擬表明，巨行星——木星、土星、天王星和海王星——的軌道經歷了劇烈的變化，它們輪流向太陽方向移動數百萬公里，或向柯伊伯帶方向移動。根據大多數理論，這種“行星遷移”造成的引力混亂應該會掃除任何在宿主行星附近形成的木星和海王星特洛伊小行星。因此，許多天文學家懷疑，特洛伊小行星一定是來自柯伊伯帶的遷移者，在行星動盪時期被拋到它們現在的位置。
為了解開特洛伊小行星起源之謎，朱伊特進行了他所謂的“最愚蠢的測試”——他將特洛伊小行星的顏色與柯伊伯帶小行星的顏色進行了比較。他說，如果顏色匹配，那麼人們可以得出結論，這兩個群體可能來自同一個地方——柯伊伯帶。
已知大量木星特洛伊小行星的顏色，因此朱伊特使用夏威夷的雙 10 米凱克望遠鏡之一來研究海王星特洛伊小行星。收集這些天體的光需要如此巨大的望遠鏡，它們比木星的天體遠六倍，亮度約為滿月的 10 萬億分之一。朱伊特測量了六個海王星特洛伊小行星的光學顏色，並將他的資料與已釋出的其他七個小行星的測量資料相結合。
他發現木星和海王星特洛伊小行星的顏色幾乎相同。朱伊特說，這種相似性表明，每個行星的特洛伊小行星要麼是從共同來源捕獲的，要麼暴露在相同的表面改性過程中。“這真是令人困惑，”北亞利桑那大學的天文學家查德·特魯希略說，他沒有參與這項研究。“海王星和木星這兩個群體，它們的表面怎麼可能相似？”特魯希略說，他測量了朱伊特研究中使用的四個海王星特洛伊小行星的顏色。“它們相距很遠，溫度也大不相同。”
令朱伊特驚訝的是，資料還顯示，這兩組特洛伊小行星的顏色都比柯伊伯帶中的小行星紅得多，這挑戰了這兩個群體起源於遙遠氣候的理論。朱伊特推斷，也許每個行星的特洛伊小行星實際上都是從柯伊伯帶輸入的，但在它們歷史上的某個時刻經歷了表面變化，使它們具有幾乎相同的顏色。
然而，由於木星和海王星距離太陽的距離差異很大，這種解決方案並非沒有缺陷，朱伊特指出。海王星比木星遠得多，因此也冷得多。那裡的平均溫度約為零下 223 攝氏度，溫度太低，無法驅動任何熱引起的表面重塑，他說。相比之下，木星附近的溫度徘徊在相對溫和的零下 148 攝氏度，這足以從行星特洛伊小行星上的冰中釋放出氣體。“你會看到大量的氣體噴發，這會驅動表面物質的噴射，”他說。這種表面重塑可能會改變小行星的顏色。“難題在於[海王星特洛伊小行星]看起來與它們的來源群體不一樣，但沒有明顯的跡象表明它們的表面是如何被改變的，”朱伊特說，他在 10 月份的美國天文學會行星科學部年會上介紹了這些結果。今年早些時候，他還將他的研究結果發表在《天文學雜誌》上。
識別一種可以重塑海王星特洛伊小行星表面的過程可以為這個謎團提供一個潛在的解決方案。一種可能性涉及碰撞——也許小行星相互碰撞會改變它們的顏色，因為撞擊會使物質在它們的表面重新分佈。但這個提議存在問題：撞擊的頻率預計太小，無法產生任何可觀察到的特徵。“我們不希望看到顏色變化，”朱伊特說。
“這些發現非常有趣，”西南研究院的行星天文學家亞歷克斯·帕克說，他沒有參與這項工作。但是海王星特洛伊小行星的奧秘可能更加深奧，帕克說，他測量了朱伊特調查中使用的三個海王星特洛伊小行星的顏色。今年早些時候，一項提交發表的研究發現，一顆海王星特洛伊小行星的表面非常紅，暗示“故事必須比朱伊特提出的故事更加複雜，”他說。“海王星特洛伊小行星可能並非都具有共同的起源。”
研究人員一致認為，顯然有必要對大量海王星特洛伊小行星進行額外觀測。仔細觀察木星特洛伊小行星也是明智的——美國宇航局的一項行星際任務 露西 將於 2021 年 10 月發射，以實現這一目標。朱伊特和其他天文學家也在熱切等待大型綜合巡天望遠鏡 (LSST) 的首次觀測結果，該望遠鏡是位於智利的一臺 8.4 米望遠鏡，將於 2020 年代初開始每週兩次掃描整個夜空。“我們將測量到許多特洛伊小行星和柯伊伯帶天體，”朱伊特說。“LSST 將對整個太陽系進行一次大掃蕩。”