科学家从地球上获得小行星Psyche表面温度的最高分辨率测量值

Psyche在小行星带中围绕太阳运行，这是地球和木星之间的一个甜甜圈状的空间区域，包含100多万个岩石星体，直径从10米到946公里不等。

Psyche的直径超过200公里，是最大的M型小行星，这是一类神秘的小行星，被认为富含金属，因此有可能是太阳系形成时解体的原行星的核心碎片。

加州理工学院行星科学和天文学助理教授、PSJ文章的主要作者Katherine de Kleer表示：“早期太阳系是一个充满‘暴力’的地方，因为行星体凝聚在一起，然后在围绕太阳的轨道上相互碰撞。我们认为这些天体的核心、地幔和地壳的碎片以小行星的形式保留至今。如果这是真的，它给了我们唯一真正的机会来直接研究类似行星的天体的核心。”

研究这种离地球如此之远的相对微小的天体（Psyche“漂移”的距离在离地球1.795亿到3.29亿公里之间）对行星科学家来说是一个巨大的挑战，这就是美国宇航局（NASA）计划向Psyche发送一个探测器以近距离检查它的原因。通常情况下，从地球上进行的热观测–测量一个天体本身发出的光，而不是从该天体上反射的太阳光–都是红外波长的，只能产生小行星的一像素图像。然而，这一像素确实揭示了很多信息；例如，它可以被用来研究小行星的热惯性，或者它在阳光下升温和在黑暗中降温的速度。

“低热惯性通常与尘埃层有关，而高热惯性可能表明表面有岩石，”加州理工学院的Saverio Cambioni说，他是行星科学的博士后学者和PSJ文章的共同作者。“然而，辨别一种景观和另一种景观是很困难的。”在一天中的许多时间观察每个地表位置的数据提供了更多的细节，导致了受制于较少的模糊性的解释，并在航天器到达之前对景观类型提供了更可靠的预测。

De Kleer和Cambioni与共同作者宾州布鲁姆斯堡大学的Michael Shepard一起，利用2013年全面投入使用的智利阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ ALMA）来获得这些数据。这个由66个射电望远镜组成的阵列使研究小组能够以30公里的分辨率绘制Psyche整个表面的热辐射图（每个像素覆盖到的范围大约是30公里×30公里），并生成一个由大约50个像素组成的小行星图像。

这是可能的，因为ALMA以毫米级的波长观测Psyche，这比红外波长（通常在5到30微米之间）更长（从1到10毫米不等）。使用更长的波长使研究人员能够将从66个望远镜收集到的数据结合起来，形成一个更大的有效望远镜；望远镜越大，它产生的图像的分辨率就越高。

该研究证实，与典型的小行星相比，Psyche的热惯性很高，表明Psyche有一个异常密集或导电的表面。当de Kleer、Cambioni和Shepard分析这些数据时，他们还发现Psyche的热辐射仅仅是具有这种热惯性的典型表面的预期的60%。因为表面辐射受到表面上是否存在金属的影响，他们的发现表明Psyche的表面不低于30%的金属。对发射的偏振分析帮助研究人员大致确定了该金属的形式。一个光滑的固体表面会发出组织良好的偏振光；然而，Psyche发出的光是散射的，这表明表面的岩石中掺有金属颗粒。

de Kleer说：“多年来我们已经知道这类天体事实上不是固体金属组成，但是它们是什么以及它们如何形成的仍然是一个谜。这些发现加强了对Psyche表面组成的其他建议，包括Psyche可能是一个原始的小行星，它的形成比现在更接近太阳，而不是一个破碎的原行星的核心。”

这项研究中描述的技术为小行星的表面组成提供了一个新的视角。该小组现在正在扩大其范围，将这些技术应用于小行星带的其他大型天体。

这项研究是由宾州布鲁姆斯堡大学的 Michael Shepard领导的团队的一个相关项目促成的，该项目利用de Kleer的数据与其他望远镜的数据相结合，包括波多黎各的阿雷西博天文台，以确定Psyche的大小、形状和方向。这反过来又使研究人员能够确定哪些被捕获的像素实际上代表了小行星的表面。 Shepard领导的团队原计划在2020年底再次观测Psyche，但由于电缆故障造成的损坏，望远镜在观测之前就关闭了。