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    追上半人马天体 “读取”太阳系形成演化历史信息

    日期 2020-11-09   来源:新华网 来源:科技日报   作者:记者 金凤  【 】   【打印】   【关闭

      相比于常见的(de)木星(xing)族彗星(xing),由于半(ban)(ban)人马天(tian)体长期(qi)在柯伊伯(bo)带,受(shou)到的(de)太(tai)(tai)阳辐射较少(shao),所以包(bao)含的(de)物质更为(wei)原(yuan)始(shi),因(yin)此研究半(ban)(ban)人马天(tian)体可以帮(bang)助我(wo)们更好地研究太(tai)(tai)阳系的(de)物质分布和演化。

      史建春

      中国科学院紫金山天文台副研究员

      在木(mu)(mu)星(xing)轨(gui)道(dao)和(he)海(hai)王星(xing)轨(gui)道(dao)之间,潜伏着(zhe)数以万计由冰块和(he)岩(yan)石组(zu)成的小天(tian)体。这些小天(tian)体偶尔会受到木(mu)(mu)星(xing)引力扰动的影响,被抛入太阳(yang)系内部,飞向太阳(yang)和(he)地球(qiu)。

      这类小天体被认(ren)为是许多(duo)木(mu)星(xing)族彗(hui)(hui)星(xing)和近地彗(hui)(hui)星(xing)的来源,由于其同时具有小行星(xing)和彗(hui)(hui)星(xing)的特(te)征,因此被命(ming)名为半人(ren)马天体。

      近日,据(ju)国外(wai)媒体(ti)报(bao)道,美国芝加哥大学(xue)的科学(xue)家(jia)称这些邻近木星的半人马(ma)天体(ti)或能为揭晓太阳系奥秘提供重要线索。研(yan)究(jiu)人员称,通过深入(ru)分析半人马(ma)天体(ti),他们(men)发现太阳系实(shi)际上(shang)是一(yi)个充(chong)满活(huo)力的行(xing)星系统,并且(qie)一(yi)直处于(yu)变化状态。

      半人(ren)马天体来自何处?它能(neng)告(gao)诉我们(men)更多有关(guan)太阳系的秘密吗?

      又远又小造成观测困难

      太阳系的形(xing)成(cheng)(cheng)始于(yu)46亿年(nian)前的一片原始星(xing)(xing)云(yun),后经(jing)吸积、聚合(he)、演化(hua),星(xing)(xing)云(yun)内的原始物质(zhi)有的合(he)并(bing)成(cheng)(cheng)了八大行星(xing)(xing),有的仍(reng)然松散分布在太空的几(ji)个带(dai)状区域。

      这些(xie)(xie)带状(zhuang)区域内(nei)的小天体是(shi)太(tai)阳系早期演(yan)化遗留下的证(zheng)据,太(tai)阳系中的绝大部(bu)分(fen)小行星,是(shi)原始太(tai)阳星云的星子,这些(xie)(xie)星云在太(tai)阳形成初期就存在了。

      位(wei)于(yu)海王星(xing)轨道(dao)之外的柯伊伯带(dai)便(bian)是这样(yang)一个区域,其中(zhong)大约有10万个直径超过100千米的天体,柯伊伯带(dai)内(nei)的天体主(zhu)(zhu)要由冻结(jie)的低沸点混合物构成,主(zhu)(zhu)要成分是水、氨和(he)甲烷(wan)。在火星(xing)与木星(xing)之间也存在一个小行星(xing)带(dai),这里的天体主(zhu)(zhu)要是由岩石(shi)和(he)金属构成。

      相较于这两个小行星带,木星和海王(wang)星之间的半(ban)人马天体群(qun),人类了(le)解的还不(bu)多(duo)。

      “半人(ren)(ren)马(ma)天体(ti)是指(zhi)轨道半长(zhang)轴和(he)近(jin)日距都(dou)在木星轨道和(he)海王星轨道之间的(de)一(yi)类(lei)(lei)小天体(ti)。大部(bu)分半人(ren)(ren)马(ma)天体(ti)起(qi)源(yuan)于(yu)柯伊伯带。近(jin)几百(bai)万年,它(ta)们的(de)轨道发(fa)生(sheng)了变化,成为如(ru)今的(de)半人(ren)(ren)马(ma)天体(ti)。”中国科(ke)学院紫(zi)金山天文台副研(yan)究员史建春告诉科(ke)技日报记者(zhe),目(mu)前人(ren)(ren)类(lei)(lei)已(yi)经发(fa)现了452颗(ke)半人(ren)(ren)马(ma)天体(ti),第一(yi)颗(ke)被发(fa)现的(de)半人(ren)(ren)马(ma)天体(ti)名为“944 Hidalgo”,于(yu)1920年由德国科(ke)学家发(fa)现,目(mu)前最大的(de)半人(ren)(ren)马(ma)天体(ti)“10199 Chariklo”直径约260千米(mi),于(yu)1997年由美国科(ke)学家发(fa)现。

      约一个世纪的光阴,为何只有452颗半人马天(tian)体被人类“捕获”踪(zong)迹?史建春解释:“半人马天(tian)体距(ju)离(li)地球(qiu)比(bi)较(jiao)远,近日点在木星(xing)轨道外,也就是(shi)说(shuo),距(ju)地球(qiu)最近的时(shi)候(hou)也在木星(xing)轨道外,再(zai)加上(shang)体积一般比(bi)较(jiao)小、亮度比(bi)较(jiao)暗,所以比(bi)较(jiao)难发现。”

      此外,半人马天(tian)体(ti)是(shi)柯伊伯(bo)带(dai)天(tian)体(ti)和木(mu)星族(zu)彗(hui)星之间的(de)(de)过(guo)渡天(tian)体(ti),它的(de)(de)轨(gui)道区域在动(dong)力(li)学上是(shi)不稳定的(de)(de)。“半人马天(tian)体(ti)的(de)(de)轨(gui)道容易受到(dao)巨行星如(ru)木(mu)星的(de)(de)引力(li)扰动(dong),轨(gui)道发生变化。”史建春(chun)说(shuo)。

      半人马天体可提供“独特”线索

      史建(jian)春介(jie)绍,一些半人(ren)马天体会(hui)呈(cheng)现出类似彗星一样(yang)的活动性(xing),会(hui)有(you)彗发和(he)彗尾。

      彗(hui)星一般由(you)(you)彗(hui)核、彗(hui)发、彗(hui)尾3部(bu)分组成(cheng)(cheng)(cheng)。彗(hui)核由(you)(you)冰(bing)物质构成(cheng)(cheng)(cheng),当(dang)彗(hui)星接近(jin)太阳时,彗(hui)星物质升华,在冰(bing)核周围会(hui)形成(cheng)(cheng)(cheng)一团看起(qi)来(lai)毛茸茸的(de)彗(hui)发和一条长(zhang)长(zhang)的(de)彗(hui)尾。

      “因(yin)为半人马天体长期(qi)在(zai)(zai)木星之外,所(suo)以附(fu)着在(zai)(zai)天体上(shang)的挥(hui)发性成(cheng)分较多(duo),如一氧化碳冰和二氧化碳冰,当温(wen)度升高易(yi)挥(hui)发气体冰升华后,裹挟(xie)在(zai)(zai)天体表面的尘埃(ai)就会被释放出来(lai),经太阳光反射,形成(cheng)了我们看到的类似(si)彗星的彗发和彗尾。”史建春介绍道。

      据(ju)媒(mei)体报道,在此次(ci)研究中,美国(guo)芝加哥(ge)大学(xue)的博士后研究员、该论(lun)文的通讯(xun)作者塞(sai)利格曼说:“这些物质非常(chang)古老(lao),包含着(zhe)太阳(yang)系早期从(cong)未被(bei)融化过的冰。彗(hui)星(xing)之所以有(you)趣,不(bu)仅(jin)是因(yin)为它们(men)很漂亮,还因(yin)为它们(men)可(ke)以为人(ren)类提供(gong)一种探测遥远(yuan)太阳(yang)系物质化学(xue)成(cheng)分的方法(fa)。”

      在史(shi)建春看来,与普通(tong)彗星不同的是,半人马天体(ti)的特质,为我们研(yan)究(jiu)太阳系的演化(hua),提(ti)供(gong)了“独特”的线索(suo)。

      “相比于常见的(de)(de)(de)(de)木星(xing)(xing)族彗(hui)星(xing)(xing),由(you)于半人(ren)马天体(ti)长期在柯(ke)伊伯带(dai),受(shou)到的(de)(de)(de)(de)太(tai)阳辐射较少,所以(yi)包含的(de)(de)(de)(de)物质更(geng)为原始(shi),因(yin)此(ci)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)半人(ren)马天体(ti)可(ke)以(yi)帮助我们更(geng)好(hao)地研(yan)(yan)(yan)究(jiu)太(tai)阳系的(de)(de)(de)(de)物质分(fen)布和(he)演(yan)化(hua)。”史建(jian)春说(shuo),此(ci)外由(you)于半人(ren)马天体(ti)的(de)(de)(de)(de)近(jin)日距在木星(xing)(xing)轨道外,温度较低,其活动(dong)机制与木星(xing)(xing)族彗(hui)星(xing)(xing)不同。木星(xing)(xing)族彗(hui)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)活动(dong)机制是水冰升华(hua)(hua)驱动(dong),而(er)半人(ren)马天体(ti)的(de)(de)(de)(de)活动(dong)机制是由(you)气体(ti)冰的(de)(de)(de)(de)升华(hua)(hua)驱动(dong),不能用水冰的(de)(de)(de)(de)挥发驱动(dong)来解释。因(yin)此(ci),通(tong)过研(yan)(yan)(yan)究(jiu)半人(ren)马天体(ti),科学家可(ke)以(yi)比较水冰升华(hua)(hua)驱动(dong)和(he)气体(ti)冰升华(hua)(hua)驱动(dong)彗(hui)星(xing)(xing)活动(dong)性的(de)(de)(de)(de)异同。

      据媒体报道(dao)(dao),在此次研(yan)究(jiu)中,科学家研(yan)究(jiu)了(le)半(ban)人(ren)(ren)马(ma)(ma)天体的(de)(de)(de)数(shu)量,以及这些天体偶尔会成为飞往太(tai)阳的(de)(de)(de)彗星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)机制。他(ta)们估(gu)计,大(da)约一(yi)半(ban)的(de)(de)(de)半(ban)人(ren)(ren)马(ma)(ma)彗星(xing)(xing)(xing)是(shi)通(tong)过(guo)与木(mu)(mu)星(xing)(xing)(xing)和土(tu)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)轨道(dao)(dao)相互作用而(er)被(bei)(bei)(bei)推(tui)入(ru)太(tai)阳系内部的(de)(de)(de);另一(yi)半(ban)由于太(tai)靠(kao)近木(mu)(mu)星(xing)(xing)(xing),被(bei)(bei)(bei)困在木(mu)(mu)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)轨道(dao)(dao)上,然后因木(mu)(mu)星(xing)(xing)(xing)引(yin)力扰(rao)动的(de)(de)(de)影响被(bei)(bei)(bei)甩向太(tai)阳系的(de)(de)(de)中心(xin)。

      后(hou)(hou)一种机制为(wei)更好地观察这些即将(jiang)成为(wei)彗星(xing)(xing)(xing)(xing)的半(ban)人(ren)马(ma)(ma)天(tian)体,提(ti)供了一个完(wan)美的方法,正如这项研究所提(ti)出的,向木星(xing)(xing)(xing)(xing)发射一艘宇宙飞船,让它在木星(xing)(xing)(xing)(xing)轨(gui)道上运行,直到半(ban)人(ren)马(ma)(ma)天(tian)体穿越木星(xing)(xing)(xing)(xing)的轨(gui)道。然后(hou)(hou)宇宙飞船可以在半(ban)人(ren)马(ma)(ma)天(tian)体朝太阳飞去(qu)、变成彗星(xing)(xing)(xing)(xing)的过(guo)程(cheng)中进行观测(ce)。

      实现“守株待星”并非难事

      这种“守株待(dai)星”的(de)想法并(bing)非异想天开。“在木(mu)星轨道上等待(dai)半(ban)人马(ma)天体的(de)方法确实可行。”史建春(chun)认为,人类目前(qian)的(de)航天发射技术已经相当成熟,派遣飞船抵(di)达木(mu)星并(bing)不困难。

      目前(qian),人类已有多个航天(tian)器(qi)飞往外太阳系;美国(guo)(guo)国(guo)(guo)家航空航天(tian)局(NASA)的(de)“朱诺”号(hao)航天(tian)器(qi),只花了(le)大约5年时间就到达木星(xing),目前(qian)正在拍(pai)摄木星(xing)的(de)照片(pian)。

      此(ci)外,即(ji)使在(zai)小天体移动时,人类也有可(ke)能访问它们(men)。例(li)如,美(mei)国(guo)“奥西里斯-雷克(ke)斯”探(tan)测(ce)器访问了2亿英里外的(de)贝努小行(xing)星;日本的(de)“隼鸟(niao)2号”探(tan)测(ce)器从另一颗小行(xing)星“龙宫”上带回(hui)了一些(xie)岩(yan)石样本。

      “不(bu)过这并不(bu)是唯一的彗(hui)星观(guan)测方案,根据具体科(ke)学(xue)目标可(ke)制定不(bu)同(tong)的观(guan)测方案,如对于著名的半(ban)人马彗(hui)星29P/Schwassmann-Wachmann,也可(ke)单独(du)设(she)计轨(gui)道进行绕飞(fei)观(guan)测。”史建春说(shuo)。

      这将是(shi)一个富有想象力的(de)画面(mian):彗(hui)星(xing)中的(de)冰由(you)不(bu)同类型的(de)分(fen)子和气体组(zu)成(cheng),它们在到达太阳的(de)过(guo)程中在不(bu)同的(de)点开始燃烧;航天器(qi)就飞行在彗(hui)星(xing)身边(bian),它“看着”彗(hui)星(xing)的(de)形成(cheng)过(guo)程,并通过(guo)测量彗(hui)尾(wei)了解彗(hui)星(xing)是(shi)由(you)什么组(zu)成(cheng)的(de)。

      塞利格曼表示,通过这种方法,科学家(jia)可以弄清楚典型的彗星冰层在(zai)什么时候开(kai)始燃烧以及彗星的详细内部结(jie)构,从地面(mian)望远镜(jing)中弄清楚这些的希望非常小。

      同时,彗星(xing)的(de)表面也会随着温度的(de)升(sheng)高而发(fa)生喷发(fa),形(xing)(xing)成(cheng)陨石坑(keng)等(deng)。塞利格曼表示(shi),了解(jie)这些现象,将帮助科学家更好的(de)了解(jie)太阳(yang)系。这对(dui)理解(jie)太阳(yang)系中(zhong)如何形(xing)(xing)成(cheng)类(lei)地行星(xing)等(deng)事情很重要。

      史建春对(dui)此也有同样的(de)(de)(de)(de)看法,他认为:“通(tong)过跟踪(zong)、观测一(yi)颗半(ban)人马天体(ti)从小行(xing)星变成彗(hui)(hui)(hui)星、发(fa)育出(chu)彗(hui)(hui)(hui)发(fa)和彗(hui)(hui)(hui)尾的(de)(de)(de)(de)过程,有助于研究彗(hui)(hui)(hui)星的(de)(de)(de)(de)活(huo)动机制和早期太阳(yang)系中水(shui)和其他物质的(de)(de)(de)(de)成分分布,进而揭示太阳(yang)系的(de)(de)(de)(de)形成和演化历史。”




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