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          2. 追隨“半人馬天體”,看它如何變彗星

            2021-10-29 18:53:48 來源: 科技日報 作者: 金鳳

            科技日報記者 金鳳

            在太陽系木星軌道和海王星軌道之間,潛伏著數以萬計的由冰塊和巖石組成的小天體。這些小天體,偶爾會受到木星引力擾動的影響拋入太陽系內部,飛向太陽和地球。它們被認為是許多木星族彗星和近地彗星的來源。

            這類小天體由于同時具有小行星和彗星的特征,因此被學界以古希臘神話中一種半人半馬的混合生物,即希臘神話中的半人馬神即奧林匹克之父仙托(Centaur)之名命名。

            近日,據國外媒體報道,美國芝加哥大學科學家稱鄰近木星的“半人馬天體”可能為我們揭曉太陽系秘密提供重要線索。研究人員稱,通過深入分析半人馬天體,發現太陽系實際上是一個非常動態、充滿活力的行星系統,并且它一直處于變化狀態。

            這項研究還提供了一個新穎的方法:可以派遣一艘抵達木星的宇宙飛船,在木星軌道上停留,直到某顆半人馬天體向木星軌道靠近,就可以實時觀察它如何變成一顆彗星。

            半人馬天體,這個天體中的神秘“物種“,來自何處,為何如何神秘,它能告訴我們更多有關天體乃至太陽的“身份密碼”嗎?

            人類已發現452個半人馬天體,部分可變彗星

            太陽系的形成始于46億年前一片原始星云,后經吸積、聚合、演化,有的合并成八大行星,有的仍然松散分散在太空的幾個區域。

            小行星帶是太陽系早期演化遺留下的證據,太陽系中的絕大部分小行星,是原始的太陽星云的星子,這些星云在太陽形成初期就存在了。

            位于海王星軌道之外的柯伊伯帶,大約有直徑超過100千米的天體10萬個,柯伊伯帶的天體主要是凍結的低沸點混合物,主要成分是水、氨和甲烷。在火星與木星之間也存在一個小行星帶,這里的天體主要是由巖石和金屬構成。

            相較于這兩個小行星帶,木星和海王星之間的天體群”半人馬天體“還猶抱琵琶半遮面,目前人類對它的了解不多。

            “半人馬天體是指軌道半長軸和近日距都在木星軌道和海王星軌道之間的小天體。大部分半人馬型天體起源于柯依伯帶,近幾百萬年,它們的軌道發生變化,成為半人馬天體?!敝袊茖W院紫金山天文臺副研究員史建春告訴科技日報記者,目前國際范圍已經發現了452個半人馬天體,第一顆被發現的半人馬天體是“944 Hidalgo”,1920年由德國科學家發現。最大的半人馬天體“10199 Chariklo”直徑約260千米,1997年由美國科學家發現。

            約一個世紀的光陰,為何只有452顆半人馬天體被人類“捕獲”蹤跡?史建春解釋,“半人馬天體距離地球比較遠,近日點在木星軌道外,也就是說,距離地球最近的時候也在木星軌道外,再加上體積一般比較小、亮度比較暗,所以比較難發現?!?/span>

            此外,半人馬天體是柯依伯帶天體和木星族彗星之間的過渡天體, 它的軌道區域在動力學上不穩定的?!鞍肴笋R天體的軌道容易受到巨行星如木星的引力擾動,軌道發生變化?!笔方ù赫f。

            研究半人馬天體有助于研究太陽系早期形成演化史

            彗星分為彗核、彗發、彗尾三部分。彗核由冰物質構成,當彗星接近太陽時,彗星物質升華,在冰核周圍形成一團看起來毛茸茸的彗發和一條長長的彗尾。

            史建春介紹,一些半人馬天體會呈現出類似彗星一樣的活動性,會有彗發和彗尾?!耙驗榘肴笋R天體長期在木星之外,所以附著在天體上的揮發性成分較多,例如一氧化碳冰和二氧化碳冰,當溫度升高易揮發氣體冰升華后,裹挾在天體表面的塵埃就會釋放出來,經太陽光反射,形成我們看到的類似彗星的彗發和彗尾?!?/span>

            據外媒報道,在這篇研究論文中,芝加哥大學的博士后研究員、該論文的通訊作者塞利格曼說:“這些物體非常古老,包含著太陽系早期從未被融化過的冰?!薄板缧侵杂腥?,不僅是因為它們很漂亮;它們為我們提供了一種探測遙遠太陽系物質化學成分的方法?!?/span>

            在史建春看來,與普通彗星不同的是,半人馬天體的特質,為我們研究太陽系的演化,提供了獨特線索。

            “相比于常見的木星族彗星,由于半人馬天體長期在柯依伯帶,受到的太陽輻射較少,所以包含的物質更為原始,因此研究半人馬天體可以幫助我們更好的研究太陽系的物質分布和演化?!笔方ù赫f,此外,由于半人馬天體的近日距在木星軌道外,溫度較低,其活動機制與木星族彗星不同。木星族彗星的活動機制是水冰升華驅動,而半人馬天體的活動機制是由氣體冰的升華驅動,不能用水冰的揮發驅動來解釋。因此,研究半人馬天體可以比較水冰升華驅動和氣體冰升華驅動彗星活動性的異同。

            根據外媒報道,在這項研究中,科學家們研究了半人馬天體的數量,以及這些物體偶爾會成為飛往太陽的彗星的機制。他們估計,大約一半的半人馬彗星是通過與木星和土星的軌道相互作用而被推入太陽系內部的。另一半由于太靠近木星,被困在木星的軌道上,被甩向太陽系的中心。

            后一種機制為更好地觀察這些即將成為彗星的半人馬天體,提供了一個完美的方法:科學家們說,太空機構可以向木星發射一艘宇宙飛船,讓它在木星軌道上運行,直到半人馬天體穿越木星的軌道。然后宇宙飛船可以在半人馬天體朝太陽飛去的時候,在它變成彗星的過程中進行測量。

            “守株待星”或有助觀測半人馬天體變彗星

            這并非異想天開,“在木星等待半人馬天體的方法可行?!笔方ù赫J為,人類目前的航天發射技術已經相當成熟,抵達木星并不困難。

            例如,已經有航天器經常前往外太陽系;美國宇航局的“朱諾”號航天器,只花了大約五年時間就到達木星,目前正在拍攝木星的照片。

            此外,即使在天體移動時也有可能訪問它們。例如,OSIRIS-REx訪問了2億英里外的一顆小行星,日本的“隼鳥2號”宇宙飛船從另一顆小行星帶回了一些巖石。

            “不過這并不是唯一的軌道設計方案,根據具體科學目標可制定不同的軌道設計方案,如對于比較著名的半人馬彗星29P/Schwassmann–Wachmann,也可單獨設計軌道進行繞飛觀測?!笔方ù赫f。

            這將是一個富有想像力的畫面:彗星中的冰由不同種類的分子和氣體組成的,它們在到達太陽的過程中在不同的點開始燃燒。通過測量彗尾,航天器可以了解彗星是由什么組成的。

            塞利格曼說:“你可以弄清楚典型的彗星冰層在哪里開始燃燒,以及彗星的詳細內部結構是什么,而從地面望遠鏡中弄清楚這些的希望非常小?!?/span>

            同時,彗星的表面隨著它的加熱而噴發,形成隕石坑等。塞利格曼認為:“繪制所有這些將幫助你了解太陽系的動態,這對理解太陽系中如何形成類地行星等事情很重要?!?/span>

            史建春對此英雄所見略同,他認為,“通過跟蹤觀測一顆半人馬天體從小行星變成彗星、發育出彗發和彗尾的過程,有助于研究彗星的活動機制和太陽系早期中水和其它物質成分分布,進而揭示太陽系的形成和演化歷史?!?/span>

            “我們有彗星的記錄可以追溯到幾千年前;如果能近距離觀察這一過程,該多酷啊!”塞利格曼暢想。

            責任編輯: 范琪
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