原行星的近距离观测
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如何构造一颗行星？需要什么样的基材，又有什么力量阻止它们结合在一起或将它们拆开？一颗行星的结构和成份怎样随着它的成长而变化？行星或行星的碎片上还保留有什么线索可以帮助我们了解它们的起源？这些都是NASA设计“曙光”号任务要回答的问题。
“曙光”号是NASA的“更快、更好、更便宜”的“发现”系列计划的第九个探测任务，是为研究太阳系两个最大的小行星——灶神星和谷神星而建造的飞船。仅仅这两颗小行星就占了主小行星带稍多于40%的质量。以前的望远镜观测曾显示，灶神星和谷神星不像大多数较小的小行星，不是原始而未曾变化的天体，而可能是处于过渡阶段的原行星：部分像小行星，部分像行星。如果是这样，近距离研究它们可能会提供有关类似地球的行星如何形成的重要线索。
望远镜观测表明，灶神星的颜色和表面矿物特征明显不同于其它较大的小行星。具体来说，灶神星显示出某些玄武岩矿的迹象，这是我们在地球和其它类地行星上的火山熔岩流中所常见到的。科学家注意到，灶神星的红外光谱与HED陨石（古铜钙长无球粒陨石、钙长辉长岩和奥长古铜无球粒陨石）的光谱非常相似，这类陨石是一颗较大的类地行星或其原行星的外壳或幔内的火山岩古样本，它们是因撞击而飞离母体、来到地球上的。最近，天文学家已经发现了许多具有类似灶神星光谱特性的较小的小行星（类灶小行星），它们的空间飞行轨道与灶神星相关，形成了一个小天体家族。哈勃空间望远镜拍摄的图像显示，灶神星南极有个巨大的洞，好像这颗小行星有一大块在一次猛烈的碰撞中被炸飞了。
“曙光”号发射于2007年9月，2009年经过火星获得一次引力助推，从而于2011年7月进入环绕灶神星的轨道。离子推进系统和谨慎而有条不紊的操作，使“曙光”号科学小组能够从不断降低的轨道上研究这颗小行星的表面。高分辨彩色相机已获得数千张分辨率小于100米的图片；一台可见光一近红外光谱仪已获得数以百万计的表面光谱，其分辨率小于1千米。这些图像和光谱使“曙光”号科学小组作出了一些有关灶神星地质学和矿物学的令人激动的发现。通过精密跟踪探测器的轨道，能够精确测量灶神星的质量并详细推测它的内部结构。
“曙光”号最重要的发现也许是，在灶神星南极附近发现了不是一个而是两个巨大的撞击盆地。最大那个称为Rheasilvia盆地，直径约500千米，深达近20千米，其容积足以容纳所有HED陨石和类灶小行星。Rheasilvia盆地内部有一座巨大的岩石山，近200千米直径，20余千米高，是太阳系最高的山峰之一，我们认为这是撞击反弹产生的中央峰。Rheasilvia盆地位于略小的Veneneia盆地（400千米宽）的顶部，两者明显有重叠的部分。利用陨石坑数量与年代之间关系的计算机模型，科学家们估计Rheasilvia盆地的年龄约10亿年，Veneneia的年龄约20亿年。实际上，它们在南极附近重叠的事实似乎只是巧合。这两个巨洞使灶神星看上去明显地变扁了，而不再是完美的球形，这已在“哈勃”望远镜拍摄的图像中首次显示出来。
事实上，撞击坑是灶神星的形状和地质的主要特征。科学家们还发现了其它五个直径大于150千米的盆地，以及数千个较小的陨石坑，密密麻麻地分布于灶神星的表面。灶神星表面的陨石坑已经达到了饱和状态，也就是说，覆盖于其上的陨石坑如此之多，任何新形成的陨石坑都将抹掉更老的陨石坑，使坑的总数基本保持不变。南极那两次大撞击似乎刷新了南半球的地质状况，总的说来，南半球的陨石坑数量比迄今已拍摄的北半球部分图像中的要少一些。所有这些撞击共同形成了一层浅浅的充分混合的风化层，它们由细小的撞击碎片组成，完全覆盖了密度较大的小行星地下岩床。灶神星的风化层在某些方面类似于在爱神星（433号）等其它小行星以及月球上发现的撞击产生的粉状上层表面。
“曙光”号还揭示出大量的侵蚀证据，这种证据大多是在灶神星的微弱重力（小于地球重力的1/50）作用下，以山崩和坑边坑壁发生的滑坡的形式出现。“曙光”号还发现了一系列深长的凹槽，灶神星的大部分赤道圈都为它们所环绕。虽然科学家们还在争论这些构造特征如何形成的细节，但是可以清楚地看出，这些凹槽与南极的两个大盆地同心，所以它们相互之间必定是有关联的。也许，这些巨大的撞击产生的激波造就了这些巨大环纹。
除了地质的多样性外，灶神星也有变化范围极宽的反照率（亮度）、颜色，以及红外光谱的多样性，超过了所有曾被探测器造访过的其它小行星。这种多样性表明，灶神星不是一颗原始的星球，它的表面物质已经被内部或外部的力量改变过了，这种力量可以将行星的原始岩石和矿物组成转换成其它形式。
事实上，一个行星的矿物组成可以告诉我们该星球的具体形成过程和诞生环境的信息。就灶神星而言，其成分是由玄武岩火山矿物以及一些颜色较深的矿物混合组成的：前者如辉石，是类地行星上常见的火山矿物；后者的类型则难以确定。火山矿物符合HED陨石的组成，这证实灶神星、类灶小行星和这类陨石样品之间存在联系。颜色较深的矿物可能大部分是富铁的火山矿物，也可能大部分是含碳的表面覆盖物，那是由原始的（未发生改变的）富含碳的撞击天体不断撞击灶神星所累积的产物。如果是后者，它们可能就是撞击所带来的、构成地球生命组分的那一类有机物质。
有点奇怪的是灶神星的矿物组成，“曙光”号几乎没有看到熔岩流或熔岩形成的堤、锥、丘等火山结构的存在迹象。也许这些地貌在灶神星曾经出现过，但受天体撞击已被破坏。也可能灶神星的火山活动一直隐藏在地表之下。
当从更大尺度的图景来看时，表面矿物和撞击挖掘出来的矿物质的分布表明，灶神星是一个分层的星球。也就是说，这颗小行星在早期必定曾经熔融过，至少部分熔融过，甚至也许出现过浮在表面之上的融化的岩浆海洋。这使较重的含铁、镍的物质下沉，而较轻的含硅、氧的物质上升，将其内部分隔成核、幔和壳。灶神星的初始熔融可能是内部放射性元素衰变和无数次撞击所释放出的热量的综合作用。
核、幔、壳的分化和内部火山活动的迹象，是典型的类地行星的特征。事实上，“曙光”号对灶神星质量的测量，综合根据立体图像数据对其体积的估计，表明灶神星的岩石和金属成分较多，密度很高，约3.4克/立方厘米，与月球和火星的密度相当。按照某些定义，灶神星应该被认为是一颗行星，尽管它很小。
一些科学家认为，灶神星实际上可能是颗原行星。换句话说，灶神星可能是一颗残存的过渡型行星天体，它不是一颗原始的小行星，但也不是一颗典型的类地行星。对世界各地收集的陨石的研究表明，我们可能有来自100多颗这种过渡型原行星的样本，其中包括HED的母体。几乎可以肯定灶神星就是那个母体，而且在整个太阳系中，它是我们可以据以提出这种推断的已知的唯一天体。因此，灶神星可能是这类天体的最后一颗，一颗行星形成的混乱时代的罕见幸存者。
“曙光”号考察灶神星的使命将持续到2012年夏末。科学小组将收集灶神星北半球背面的图像和其它数据，迄今为止对那里的大部分观测是在冬季的黑暗中进行的。因为花费了很长时间去提高近期的低轨高度飞行阶段所需的信号水平，科学家们现在刚开始分析伽马射线和中子谱仪得到的成份数据。在灶神星更古老的北半球，会有更多令人惊奇的地质学或矿物学发现吗？伽马射线数据或中子数据会找到地下的含氢物质（含水矿物，甚至冰）和其它挥发物质吗？
根据目前的计划，2012年8月下旬，“曙光”号将渐渐远离灶神星的轨道，而奔赴另一次约会：2015年2月它将与太阳系最大的小行星谷神星交会。从望远镜的观测来看，谷神星的密度较低，似乎更像一个冰质的混合物，非常不同于灶神星。那里会有什么惊喜在等待着我们呢？谷神星是颗像灶神星那样的幸存原行星，还是一种完全不同的天体呢？我对这些问题的答案已经感到迫不及待了！
——译自《天空与望远镜》（2012年9月号）