贝努每1.2年绕太阳运行一周，并且大约每六年接近地球一次，最近距离约30万公里（18.6万英里）。NASA的OSIRIS-REx任务前往这颗小行星，从其表面采集了物质，并于2023年成功将样本送回地球。
2023年9月23日，一个携带约120克小行星物质的返回舱降落在犹他州沙漠中。随后，世界各地的科学家获得了这份珍贵货物的少量样本，用于详细研究。
其中包括苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）同位素地球化学教授玛丽亚·舍恩巴赫勒（Maria Schönbächler），她的实验室获得了半克贝努物质。她的团队立即开始检测样本，寻找有关这颗小行星历史的线索。
这项现已发表在《科学·进展》（Science Advances）上的研究，揭示了一种独特的化学特征，不仅有助于确定贝努的起源，还为塑造早期太阳系的过程提供了新证据。
贝努的化学指纹揭示其宇宙“亲属”
为了研究贝努的起源，苏黎世联邦理工学院的研究人员检测了三种元素的同位素：铁、钛和铬。
同位素是同一化学元素的不同形式，其中包含的中子数量不同，因而质量略有差异。通过测量这些同位素的相对含量，科学家可以识别出物质的化学指纹。这些特征提供了关于小行星组成物质起源地，以及在某些情况下其形成时间的线索。
分析显示，铁和钛在贝努物质中的分布非常均匀。研究还发现贝努与小行星“龙宫”（Ryugu）以及一组罕见的原始陨石——CI陨石之间存在密切的化学关系。
CI陨石是早期太阳系富含碳的残余物，在数十亿年间几乎没有发生什么变化。在地球上回收的陨石中，它们极为罕见。
贝努、龙宫和CI陨石具有惊人相似的同位素指纹，这表明它们的原始物质来自同一个古老宇宙尘埃储库。它们的化学特征也与其他已知小行星、陨石类群和行星存在显著差异。
这些相似性为这些天体的形成位置以及太阳系最早期阶段的条件提供了重要线索。
科学家发现贝努出人意料的“出生地”
多年来，研究人员普遍认为像贝努这样的原始小行星起源于外太阳系，也许是在彗星形成的同一遥远区域。他们还猜测贝努的原始物质是在太阳系演化较晚阶段才聚集在一起的。
新的发现对这两种假设都提出了挑战。
相反，研究人员提出，构成贝努、龙宫和CI陨石的物质是在一条被称为“水冰线”的边界附近聚集而成的。
这条边界标志着围绕年轻太阳的原行星盘中温度低到足以使水蒸气冻结成冰的区域。大约45亿年前，它可能是来自发育中太阳系不同区域的物质相遇的一个特别重要的场所。
源自内侧区域和外侧区域的尘埃在这条边界附近混合。水冰帮助最小的颗粒黏附在一起，使它们逐渐聚集成更大的天体。
“贝努是一个‘混血儿’：它的物质并不明确地属于内太阳系或外太阳系，”舍恩巴赫勒说。
其不寻常的化学成分表明，贝努是由来自这两个区域的物质组合而成的，而非来自单一孤立的来源。
木星可能在贝努的形成中发挥了关键作用
研究人员还提出了一种情景来解释这种混合是如何发生的，其中木星扮演了关键角色。
木星在太阳系历史的极早期就开始形成，大约在太阳诞生后的100万年内。当时，年轻太阳周围环绕着一个由气体、尘埃和冰组成的旋转盘。
在这个盘中，无数小颗粒不断碰撞并黏附在一起，通过一种称为“吸积”的过程逐渐形成更大的天体。随着时间的推移，其中一些不断成长的天体变成了小行星和行星。
随着木星质量迅速增长，其巨大的引力影响开始重塑整个盘中物质的分布。
研究人员认为，这个不断成长的气态巨行星在某种程度上起到了结构性屏障的作用：阻止大多数较大的颗粒穿越其轨道区域，同时仍允许较细的尘埃在其周围移动。
这些来自盘中不同区域的细小物质随后能够在水冰线附近充分混合。
根据所提出的情景，贝努和龙宫的母体，以及产生CI陨石的天体，都是由这种充分混合的物质形成的。
因此，木星可能不仅帮助决定了这些古老小行星的形成位置，还决定了哪些成分被纳入其中。
古老尘埃和冰揭示构建地球的成分
所提出的形成情景还可以解释贝努最引人注目的两个特征：其富含含水物质，以及其化学组成与太阳相似。
在水冰边界附近，随着温度变化，冰可以蒸发，释放出的水蒸气随后又在较冷区域重新凝结。这一过程有助于将水富集在构成贝努的物质中。
与此同时，木星的影响可能限制了较大颗粒的移动，使这颗小行星的母体物质以细小尘埃为主。
由于这些微小颗粒能够在整个盘中高效循环和混合，它们保留了与太阳中发现的总体元素混合物极为相似的化学成分。
这一过程有点像家庭中细小灰尘会散布并沉降在许多不同表面上，而不是停留在一个地方。
这种广泛的混合可以解释为什么贝努的物质保留了太阳系最早期历史中存在成分的如此具有代表性的样本。
“贝努或许能让我们最佳地一窥最终构建类地行星的化学元素原始混合物，”舍恩巴赫勒表示。
贝努被认为是一颗极为原始的小行星，因为其物质大约形成于45亿年前，此后几乎没有经历什么化学变化。
这使得它的样本对于重建地球和其他岩质行星完成形成之前的条件尤为珍贵。
通过研究这颗小行星的化学成分，科学家可以更好地理解太阳系如何演化，以及哪些过程决定了其行星的组成。
贝努的含水矿物和有机化合物也使其对研究早期地球如何获得生命所需的部分化学成分具有重要意义。
尽管这些发现并未确切证明这些物质是如何到达地球的，但它们为这类成分的起源以及它们在年轻太阳系中的分布提供了宝贵证据。
一项前往火星卫星的新任务可能揭示更多
尽管有了这些新发现，仍有一些问题尚未解答。
“我们现在想知道其他小行星是否具有与贝努和龙宫相同的同位素特征，”舍恩巴赫勒接着说。
研究人员还希望更精确地确定木星如何影响尘埃的移动，以及其引力效应是否是促成特别细小颗粒聚集的原因。
更多的小行星样本可以帮助科学家检验所提出的形成情景，并确定贝努的化学特征是否为其他古老天体所共有。
随着贝努分析工作的完成，舍恩巴赫勒正期待着另一个检验早期太阳系物质的机会。
日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）正在筹备一项前往火卫一（火星的两颗卫星之一）的采样返回任务。该任务计划于2026年10月底发射，目标是从这颗火星卫星上采集物质并带回地球。
“如果能获得这些物质并在我的实验室进行分析，那将非常令人兴奋，”她说。
舍恩巴赫勒计划向JAXA申请获取样本。不过，科学界需要耐心等待。携带火卫一物质的返回舱预计要到2031年才能返回地球。
这些未来的样本可能提供拼图中的另一块重要碎片，帮助研究人员确定早期太阳系的不同区域如何交换物质，并最终形成我们今天所观测到的行星、卫星和小行星。