在宇宙中，大天體（行星和矮行星）大多是近乎球形的，這是由于大天體的體積和質(zhì)量足夠大，其自身重力可以使天體維持流體靜力學平衡。而小天體則有所不同，大多數(shù)小行星和彗星都長得隨心隨欲，看上去顯得都極為神秘。
如果要梳理歸類小天體的話，最常用的標準就是長寬比。有些小天體的長寬比比較小，有的還象一個敦厚的大土豆；有些長寬比比較大，就像一個細長的雪茄。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，它的長寬比為10:1，假想圖長這樣：
Oumuamua形狀的假想圖（來源：NASA）
以彗星67P/楚留莫夫（67P/Churyumov–Gerasimenko）為代表的一些彗星有著更特殊的形態(tài)：兩端粗，中間細，因此被稱為啞鈴型或者雙葉型（bilobate）結(jié)構(gòu)。
這類彗星是如何形成的，多年以來一直是科學家們爭議的話題。一是侵蝕說：一整塊細長型小天體經(jīng)過局部性的質(zhì)量損失（由于彗星在近日點附近的排起作用）和風化侵蝕形成的；二是撞擊說：兩個小天體各自形成，然后因為碰撞而連接起來。
那么，這個象兩顆“洋蔥”相連的啞鈴——彗星67P，其成因?qū)儆谀囊环N呢？2014年8月6日，歐空局發(fā)射的羅塞塔號探測器以及所攜帶的菲萊號著陸器，歷時10年終于成功抵達彗星67P/楚留莫夫。隨后經(jīng)過長達2年的近距離觀測，羅塞塔號的OSIRIS相機不僅獲取了彗星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/像素的高分辨率精細測繪了彗星67P的層狀結(jié)構(gòu)（layers）。2016年9月30日，羅塞塔號按計劃墜毀在彗星67P/楚留莫夫表面的Ma'at區(qū)域。
彗星67P上各個區(qū)域（來源：Comet rotation and regions）
如果67P形成于侵蝕，我們可以類比地球。地球在每個地質(zhì)歷史時期都會產(chǎn)生相應的地層，在沒有發(fā)生倒轉(zhuǎn)和差異侵蝕的情況下，新產(chǎn)生的地層會不斷疊加在舊的地層之上。地質(zhì)學家們正是通過研究地層來了解地球上過去曾經(jīng)發(fā)生過的地質(zhì)事件。
地球上的地層（來源：維基）
不同探測器的影像數(shù)據(jù)顯示，層狀結(jié)構(gòu)在彗星上也比較常見，這可能是由于彗星的地質(zhì)活動比較活躍所致。地球上的象臺階一樣的地質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)，通常會通過斷層暴露出來。羅塞塔號影像顯示，彗星67P的兩個頭上都有明顯臺地和層狀結(jié)構(gòu)。通過對這些層狀結(jié)構(gòu)的詳細測繪，重現(xiàn)了彗星67P的淺層地層分布。當然，這些彗星上的地層并不一定完全對應于地球上的地層，因為這些層狀結(jié)構(gòu)并不是沉積形成的。目前的研究認為，彗星上的層狀結(jié)構(gòu)可能是彗星在吸積過程中形成的，或者是后期在近日點活躍期因為揮發(fā)份的升華形成的，也可能是彗星在每次經(jīng)過近日點附近時的周期性受熱導致內(nèi)部“裂開”形成的，所以這些層狀結(jié)構(gòu)并不意味著彗星質(zhì)地或者密度的差異。
顯然，侵蝕說和撞擊說產(chǎn)生的地層特征應當是不同的。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。但是，羅塞塔號影像顯示的信息恰恰相反。
羅塞塔號通過影響數(shù)據(jù)重現(xiàn)了彗星67P表層向下650米深的地層結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)彗星67P的淺表層各地層之間過渡平緩、分界處沒有顯著突變，通過臺地平面和暴露出來的地層輪廓反推的內(nèi)部地層與局部重力方向基本垂直，表明彗星67P是由兩個各自獨立形成的“洋蔥”重組所形成，而不是一個大洋蔥被局部侵蝕形成的。
但是也問題來了，如果67P是撞擊合并而成，并能保持了原本的地層和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，那么就只有一種可能：兩個撞擊體的相對速度都非常慢，撞擊時不會產(chǎn)生特別大的能量和熱量。也就是說，彗星67P是由兩個已經(jīng)成型、具有洋蔥一樣的豐富層狀結(jié)構(gòu)、成分和表面特征相似的千米級彗核，以非常小的相對速度緩慢相碰撞并融合在一起的。這是一個虐死單身狗的愛情傳奇！既然這兩顆“洋蔥”的表面特征、成分、地層特征都如此相像，表明兩者在合并之前經(jīng)歷了非常相似的吸積過程，這個概率就更加低到匪夷所思了。
啞鈴型結(jié)構(gòu)的彗星67P（來自“前沿速報”）
按照碰撞說，兩顆形成于太陽系相似的環(huán)境中的原始彗核碰巧相遇形成了彗星67P。但是，由于這樣的過程只可能發(fā)生在太陽系的形成早期（最開始的1000萬年量級內(nèi)），假如這一假說成立，這將表明彗星67P非常古老，在太陽系早期就已經(jīng)完成了合并。
但是，有一部分科學家不相信這種“緣分”巧合，他們提出了另一種假說：災難性撞擊說。在宇宙演化的時間尺度下，大大小小天體之間的猛烈撞擊應該是很常見的，比如月球上密集的隕石坑就是最好的證明，而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。
左：滿目瘡痍的月球高地；右：彗木相撞后在木星上留下的紅褐色斑點（來源：NASA）
如果按照災難性撞擊說，在兩個大小差不多（量級上可比）的天體的相對速度很快的情況下，發(fā)生撞擊就可能是毀滅性的。進一步猜想這種撞擊事件：假如一個大天體遭遇毀滅性大撞擊，它可能被擊碎或拋出千百萬塊碎片，其中一部分碎片可能重新聚集和吸積，如果出現(xiàn)兩塊較大的碎片結(jié)合就能形成彗星67P。而且，這樣的撞擊事件在整個太陽系的各個階段都可能不斷發(fā)生，并不一定是太陽系早期獨有的。另一方面，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，可是如今這個合并的模樣卻是很年輕的。
其實災難性撞擊假說最早在小行星形成上就得到了證明。人們發(fā)現(xiàn)，雖然太陽系內(nèi)有很多小行星，然而有些小行星的光譜和軌道特征可以是明顯相似的，表明這些小行星的發(fā)源地應該相同?？茖W家們根據(jù)光譜特征對小行星進行了分類（分族），一個很自然的推理——同族的小行星都是同一顆母天體被撞出來的碎片。
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，顯示被撞擊后的碎片可以快速完成吸積和重組。這一成果還登上了當年（2001年11月23日）的Science封面。
Michel團隊后來考慮到模擬結(jié)果明顯粗糙——所有碎片和碎片的重組體都以球形模擬，沒有考慮客觀可能的實際形狀。2013年，他們對模擬做了一些改進，新的模擬結(jié)果顯示，在災難性大撞擊之后的重組不僅可以形成各種形狀的小天體，而且允許小天體表面有石塊存在。
畢竟彗星更加特殊，不僅質(zhì)地松散（孔隙度高），而且還含有大量固態(tài)形式的揮發(fā)性物質(zhì)。如果彗星起源于大撞擊之后的重組，那么彗星的松散質(zhì)地和揮發(fā)性組分能保持得住么？近日，法國尼斯天文臺的Schwartz及其同事們的最新模擬結(jié)果表明：完全沒問題！
把時間返回到100年之前，那時的科學家們沒有幾個會相信月球上的隕石坑是隕石撞擊形成的，他們大都認為那是火山噴發(fā)或者地表塌陷導致的結(jié)果。如今的我們已經(jīng)知道，不僅月球、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，甚至連月球本身都可能是大撞擊產(chǎn)生的；地球上的水和有機物也可能是小行星和彗星的撞擊帶來的；還有土星環(huán)系統(tǒng)也可能是由衛(wèi)星被撞碎的碎片所形成。
