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在宇宙中，大天体（行星和矮行星）大多是近乎球形的，这是由于大天体的体积和质量足够大，其自身重力可以使天体维持流体静力学平衡。而小天体则有所不同，大多数小行星和彗星都长得随心随欲，看上去显得都极为神秘。
如果要梳理归类小天体的话，最常用的标准就是长宽比。有些小天体的长宽比比较小，有的还象一个敦厚的大土豆；有些长宽比比较大，就像一个细长的雪茄。更夸张的就是去年新发现的第一颗来自太阳系外的星际来客Oumuamua，它的长宽比为10:1，假想图长这样：
Oumuamua形状的假想图（来源：NASA） 以彗星67P/楚留莫夫（67P/Churyumov–Gerasimenko）为代表的一些彗星有着更特殊的形态：两端粗，中间细，因此被称为哑铃型或者双叶型（bilobate）结构。  这类彗星是如何形成的，多年以来一直是科学家们争议的话题。一是侵蚀说：一整块细长型小天体经过局部性的质量损失（由于彗星在近日点附近的排起作用）和风化侵蚀形成的；二是撞击说：两个小天体各自形成，然后因为碰撞而连接起来。 那么，这个象两颗“洋葱”相连的哑铃——彗星67P，其成因属于哪一种呢？2014年8月6日，欧空局发射的罗塞塔号探测器以及所携带的菲莱号着陆器，历时10年终于成功抵达彗星67P/楚留莫夫。随后经过长达2年的近距离观测，罗塞塔号的OSIRIS相机不仅获取了彗星67P表面所有的区域的影像并进行了分区，而且还以高达7米/像素的高分辨率精细测绘了彗星67P的层状结构（layers）。2016年9月30日，罗塞塔号按计划坠毁在彗星67P/楚留莫夫表面的Ma'at区域。
彗星67P上各个区域（来源：Comet rotation and regions） 如果67P形成于侵蚀，我们可以类比地球。地球在每个地质历史时期都会产生相应的地层，在没有发生倒转和差异侵蚀的情况下，新产生的地层会不断叠加在旧的地层之上。地质学家们正是通过研究地层来了解地球上过去曾经发生过的地质事件。
地球上的地层（来源：维基） 不同探测器的影像数据显示，层状结构在彗星上也比较常见，这可能是由于彗星的地质活动比较活跃所致。地球上的象台阶一样的地质层状结构，通常会通过断层暴露出来。罗塞塔号影像显示，彗星67P的两个头上都有明显台地和层状结构。通过对这些层状结构的详细测绘，重现了彗星67P的浅层地层分布。当然，这些彗星上的地层并不一定完全对应于地球上的地层，因为这些层状结构并不是沉积形成的。目前的研究认为，彗星上的层状结构可能是彗星在吸积过程中形成的，或者是后期在近日点活跃期因为挥发份的升华形成的，也可能是彗星在每次经过近日点附近时的周期性受热导致内部“裂开”形成的，所以这些层状结构并不意味着彗星质地或者密度的差异。
显然，侵蚀说和撞击说产生的地层特征应当是不同的。如果哑铃结构是由局部侵蚀产生的，那么靠近侵蚀部分的地层方向和重力方向就不垂直了。但是，罗塞塔号影像显示的信息恰恰相反。 罗塞塔号通过影响数据重现了彗星67P表层向下650米深的地层结构，发现彗星67P的浅表层各地层之间过渡平缓、分界处没有显著突变，通过台地平面和暴露出来的地层轮廓反推的内部地层与局部重力方向基本垂直，表明彗星67P是由两个各自独立形成的“洋葱”重组所形成，而不是一个大洋葱被局部侵蚀形成的。 但是也问题来了，如果67P是撞击合并而成，并能保持了原本的地层和内部结构，那么就只有一种可能：两个撞击体的相对速度都非常慢，撞击时不会产生特别大的能量和热量。也就是说，彗星67P是由两个已经成型、具有洋葱一样的丰富层状结构、成分和表面特征相似的千米级彗核，以非常小的相对速度缓慢相碰撞并融合在一起的。这是一个虐死单身狗的爱情传奇！既然这两颗“洋葱”的表面特征、成分、地层特征都如此相像，表明两者在合并之前经历了非常相似的吸积过程，这个概率就更加低到匪夷所思了。
哑铃型结构的彗星67P（来自“前沿速报”） 按照碰撞说，两颗形成于太阳系相似的环境中的原始彗核碰巧相遇形成了彗星67P。但是，由于这样的过程只可能发生在太阳系的形成早期（最开始的1000万年量级内），假如这一假说成立，这将表明彗星67P非常古老，在太阳系早期就已经完成了合并。 但是，有一部分科学家不相信这种“缘分”巧合，他们提出了另一种假说：灾难性撞击说。在宇宙演化的时间尺度下，大大小小天体之间的猛烈撞击应该是很常见的，比如月球上密集的陨石坑就是最好的证明，而1994年举世瞩目的彗木相撞更是让无数人直观感受到了天体之间的撞击。 左：满目疮痍的月球高地；右：彗木相撞后在木星上留下的红褐色斑点（来源：NASA） 如果按照灾难性撞击说，在两个大小差不多（量级上可比）的天体的相对速度很快的情况下，发生撞击就可能是毁灭性的。进一步猜想这种撞击事件：假如一个大天体遭遇毁灭性大撞击，它可能被击碎或抛出千百万块碎片，其中一部分碎片可能重新聚集和吸积，如果出现两块较大的碎片结合就能形成彗星67P。而且，这样的撞击事件在整个太阳系的各个阶段都可能不断发生，并不一定是太阳系早期独有的。另一方面，虽然彗星67P的两个“哑铃头”依然保留着太阳系最古老的特征，可是如今这个合并的模样却是很年轻的。 其实灾难性撞击假说最早在小行星形成上就得到了证明。人们发现，虽然太阳系内有很多小行星，然而有些小行星的光谱和轨道特征可以是明显相似的，表明这些小行星的发源地应该相同。科学家们根据光谱特征对小行星进行了分类（分族），一个很自然的推理——同族的小行星都是同一颗母天体被撞出来的碎片。 2001年，法国尼斯天文台的Michel团队首次通过计算机模拟较为全面地重现了这个过程，显示被撞击后的碎片可以快速完成吸积和重组。这一成果还登上了当年（2001年11月23日）的Science封面。 Michel团队后来考虑到模拟结果明显粗糙——所有碎片和碎片的重组体都以球形模拟，没有考虑客观可能的实际形状。2013年，他们对模拟做了一些改进，新的模拟结果显示，在灾难性大撞击之后的重组不仅可以形成各种形状的小天体，而且允许小天体表面有石块存在。 毕竟彗星更加特殊，不仅质地松散（孔隙度高），而且还含有大量固态形式的挥发性物质。如果彗星起源于大撞击之后的重组，那么彗星的松散质地和挥发性组分能保持得住么？近日，法国尼斯天文台的Schwartz及其同事们的最新模拟结果表明：完全没问题！ 把时间返回到100年之前，那时的科学家们没有几个会相信月球上的陨石坑是陨石撞击形成的，他们大都认为那是火山喷发或者地表塌陷导致的结果。如今的我们已经知道，不仅月球、火星和太阳系中几乎所有的固态天体上都布满了陨石撞击留下的痕迹，甚至连月球本身都可能是大撞击产生的；地球上的水和有机物也可能是小行星和彗星的撞击带来的；还有土星环系统也可能是由卫星被撞碎的碎片所形成。 |
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