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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(xiang)比(bi)于常见的木星(xing)族彗星(xing),由于半人(ren)马(ma)天体(ti)(ti)长期在柯伊伯带,受到(dao)的太阳(yang)辐射较(jiao)少,所以包(bao)含(han)的物质(zhi)更(geng)为原始(shi),因(yin)此研(yan)究半人(ren)马(ma)天体(ti)(ti)可以帮助我们更(geng)好(hao)地研(yan)究太阳(yang)系的物质(zhi)分布和演化。

      史建(jian)春(chun)

      中国科(ke)学院紫金山天(tian)文(wen)台(tai)副研究员

      在(zai)木星轨(gui)道和海(hai)王星轨(gui)道之间,潜伏着数以万(wan)计(ji)由冰(bing)块和岩石组成(cheng)的小天体(ti)。这些小天体(ti)偶尔会受到木星引力(li)扰(rao)动的影响,被抛入太(tai)阳系内部(bu),飞向太(tai)阳和地(di)球。

      这类小(xiao)(xiao)天体被(bei)认为是许多木星(xing)族彗星(xing)和近(jin)地(di)彗星(xing)的来源,由于其同时具有小(xiao)(xiao)行星(xing)和彗星(xing)的特征(zheng),因(yin)此(ci)被(bei)命名为半人(ren)马天体。

      近日,据(ju)国外媒(mei)体报道,美国芝(zhi)加哥大学的科学家称这些(xie)邻近木星(xing)的半(ban)人(ren)马天体或(huo)能为揭晓(xiao)太阳系奥秘(mi)提供重(zhong)要线索。研究人(ren)员称,通过深入分析半(ban)人(ren)马天体,他们(men)发(fa)现(xian)太阳系实际(ji)上是一个充满活(huo)力的行星(xing)系统(tong),并且一直处于(yu)变化状态。

      半人马(ma)天(tian)体来自何处(chu)?它能告诉(su)我们更多有(you)关太阳系的秘密吗?

      又远又小造成观测困难

      太阳系的形成(cheng)始于46亿年前的一片(pian)原始星云(yun),后经吸(xi)积(ji)、聚合、演化,星云(yun)内的原始物(wu)质有的合并成(cheng)了八(ba)大行星,有的仍然松(song)散(san)分布在(zai)太空的几个带状区(qu)域。

      这些带状区域内(nei)的(de)小天体是太阳系早期演化遗(yi)留下的(de)证(zheng)据,太阳系中(zhong)的(de)绝大部分小行星(xing)(xing),是原始太阳星(xing)(xing)云(yun)的(de)星(xing)(xing)子,这些星(xing)(xing)云(yun)在(zai)太阳形(xing)成初期就(jiu)存在(zai)了。

      位于海王(wang)星(xing)轨道之外的(de)(de)(de)柯伊伯带(dai)(dai)便是这样(yang)一个区域(yu),其中(zhong)大约有10万个直(zhi)径(jing)超过(guo)100千米的(de)(de)(de)天体,柯伊伯带(dai)(dai)内的(de)(de)(de)天体主(zhu)(zhu)要由(you)冻(dong)结(jie)的(de)(de)(de)低沸点混合物(wu)构成(cheng),主(zhu)(zhu)要成(cheng)分是水、氨和甲烷。在火星(xing)与木星(xing)之间也存在一个小行(xing)星(xing)带(dai)(dai),这里的(de)(de)(de)天体主(zhu)(zhu)要是由(you)岩石和金属构成(cheng)。

      相较(jiao)于(yu)这两(liang)个小(xiao)行星带,木星和海(hai)王星之(zhi)间(jian)的(de)半人马天(tian)体群,人类(lei)了解的(de)还不(bu)多。

      “半(ban)(ban)人(ren)马天(tian)(tian)体(ti)是(shi)指轨(gui)(gui)道半(ban)(ban)长(zhang)轴和近日距都在木星轨(gui)(gui)道和海王星轨(gui)(gui)道之间的(de)一类小(xiao)天(tian)(tian)体(ti)。大部分半(ban)(ban)人(ren)马天(tian)(tian)体(ti)起(qi)源于柯伊伯(bo)带。近几百万年,它们(men)的(de)轨(gui)(gui)道发(fa)(fa)生了(le)变(bian)化,成为如今的(de)半(ban)(ban)人(ren)马天(tian)(tian)体(ti)。”中(zhong)国(guo)(guo)科学院紫金山天(tian)(tian)文台副研究员史建春(chun)告诉科技日报记者(zhe),目前(qian)人(ren)类已经(jing)发(fa)(fa)现了(le)452颗半(ban)(ban)人(ren)马天(tian)(tian)体(ti),第一颗被发(fa)(fa)现的(de)半(ban)(ban)人(ren)马天(tian)(tian)体(ti)名为“944 Hidalgo”,于1920年由(you)德国(guo)(guo)科学家发(fa)(fa)现,目前(qian)最大的(de)半(ban)(ban)人(ren)马天(tian)(tian)体(ti)“10199 Chariklo”直径约260千米,于1997年由(you)美国(guo)(guo)科学家发(fa)(fa)现。

      约一个(ge)世纪的光阴,为何只有(you)452颗(ke)半人马天(tian)体(ti)被人类“捕获(huo)”踪迹?史(shi)建(jian)春解释(shi):“半人马天(tian)体(ti)距离地球(qiu)比较(jiao)(jiao)远,近日(ri)点在(zai)木星轨道外,也就是说,距地球(qiu)最近的时候也在(zai)木星轨道外,再加上(shang)体(ti)积一般比较(jiao)(jiao)小、亮度比较(jiao)(jiao)暗,所以比较(jiao)(jiao)难发(fa)现(xian)。”

      此外,半人(ren)马(ma)天体(ti)是柯伊(yi)伯(bo)带天体(ti)和木(mu)(mu)星族彗星之间(jian)的(de)过渡天体(ti),它的(de)轨(gui)(gui)道(dao)区(qu)域在动(dong)力学上(shang)是不稳定的(de)。“半人(ren)马(ma)天体(ti)的(de)轨(gui)(gui)道(dao)容(rong)易受到巨行星如木(mu)(mu)星的(de)引(yin)力扰动(dong),轨(gui)(gui)道(dao)发生(sheng)变化。”史建(jian)春说。

      半人马天体可提供“独特”线索

      史建春(chun)介绍,一(yi)些半人马(ma)天体会(hui)呈现出类似彗星一(yi)样的活(huo)动(dong)性,会(hui)有彗发和彗尾。

      彗(hui)(hui)(hui)星(xing)一(yi)(yi)般(ban)由彗(hui)(hui)(hui)核、彗(hui)(hui)(hui)发、彗(hui)(hui)(hui)尾3部分组成。彗(hui)(hui)(hui)核由冰物质(zhi)构(gou)成,当彗(hui)(hui)(hui)星(xing)接(jie)近(jin)太(tai)阳时(shi),彗(hui)(hui)(hui)星(xing)物质(zhi)升华,在冰核周围会形(xing)成一(yi)(yi)团(tuan)看起(qi)来毛茸茸的(de)彗(hui)(hui)(hui)发和一(yi)(yi)条(tiao)长(zhang)(zhang)长(zhang)(zhang)的(de)彗(hui)(hui)(hui)尾。

      “因为半人马天(tian)体(ti)长期在(zai)木星之外,所(suo)以附着(zhe)在(zai)天(tian)体(ti)上的(de)(de)挥发(fa)性成分较多,如一氧(yang)化(hua)碳冰(bing)和二氧(yang)化(hua)碳冰(bing),当温(wen)度(du)升高易挥发(fa)气体(ti)冰(bing)升华后,裹挟(xie)在(zai)天(tian)体(ti)表面(mian)的(de)(de)尘(chen)埃(ai)就会被(bei)释放出来,经(jing)太阳光(guang)反射,形成了我们看(kan)到的(de)(de)类似彗星的(de)(de)彗发(fa)和彗尾。”史建(jian)春介绍道(dao)。

      据(ju)媒体报道,在此次研究中,美国芝加哥大学的博士后研究员、该论文的通讯作者(zhe)塞利格曼说:“这些(xie)物质(zhi)非常古老,包(bao)含着(zhe)太阳(yang)系早期从未被融(rong)化过的冰(bing)。彗星之所以有(you)趣(qu),不仅是(shi)因为它(ta)们很(hen)漂亮,还因为它(ta)们可以为人类(lei)提供(gong)一种探(tan)测遥(yao)远太阳(yang)系物质(zhi)化学成分(fen)的方法。”

      在史建春看来,与普通彗星不同的(de)(de)是,半人马天体的(de)(de)特质,为(wei)我们(men)研究(jiu)太(tai)阳(yang)系的(de)(de)演化,提供(gong)了“独特”的(de)(de)线索。

      “相比于(yu)常见(jian)的(de)(de)木(mu)星(xing)(xing)(xing)族彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing),由于(yu)半(ban)(ban)人(ren)马(ma)天(tian)体(ti)长期在柯伊伯带,受到的(de)(de)太阳辐射较少,所以包(bao)含的(de)(de)物质更为原(yuan)始,因此(ci)研究(jiu)半(ban)(ban)人(ren)马(ma)天(tian)体(ti)可以帮助我们更好地研究(jiu)太阳系的(de)(de)物质分布和演(yan)化。”史(shi)建春说,此(ci)外(wai)(wai)由于(yu)半(ban)(ban)人(ren)马(ma)天(tian)体(ti)的(de)(de)近日距在木(mu)星(xing)(xing)(xing)轨道外(wai)(wai),温度(du)较低(di),其活动(dong)(dong)机制与木(mu)星(xing)(xing)(xing)族彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)不(bu)同。木(mu)星(xing)(xing)(xing)族彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)活动(dong)(dong)机制是水冰(bing)(bing)升(sheng)华(hua)驱(qu)动(dong)(dong),而(er)半(ban)(ban)人(ren)马(ma)天(tian)体(ti)的(de)(de)活动(dong)(dong)机制是由气体(ti)冰(bing)(bing)的(de)(de)升(sheng)华(hua)驱(qu)动(dong)(dong),不(bu)能(neng)用(yong)水冰(bing)(bing)的(de)(de)挥发驱(qu)动(dong)(dong)来解释(shi)。因此(ci),通过研究(jiu)半(ban)(ban)人(ren)马(ma)天(tian)体(ti),科学家可以比较水冰(bing)(bing)升(sheng)华(hua)驱(qu)动(dong)(dong)和气体(ti)冰(bing)(bing)升(sheng)华(hua)驱(qu)动(dong)(dong)彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)活动(dong)(dong)性(xing)的(de)(de)异同。

      据媒体报道(dao)(dao),在(zai)此(ci)次研究中(zhong),科(ke)学家研究了半人(ren)马(ma)天体的(de)(de)(de)数量,以(yi)及这些(xie)天体偶尔会成为飞往太(tai)阳(yang)的(de)(de)(de)彗星(xing)的(de)(de)(de)机制。他们估计(ji),大约一半的(de)(de)(de)半人(ren)马(ma)彗星(xing)是通(tong)过与(yu)木星(xing)和土星(xing)的(de)(de)(de)轨(gui)道(dao)(dao)相互(hu)作用而被(bei)(bei)推入太(tai)阳(yang)系内(nei)部的(de)(de)(de);另一半由于太(tai)靠近木星(xing),被(bei)(bei)困(kun)在(zai)木星(xing)的(de)(de)(de)轨(gui)道(dao)(dao)上,然后因木星(xing)引力扰动的(de)(de)(de)影响被(bei)(bei)甩向太(tai)阳(yang)系的(de)(de)(de)中(zhong)心。

      后(hou)(hou)一(yi)(yi)种机制(zhi)为(wei)更(geng)好地观察(cha)这些即将成为(wei)彗(hui)星(xing)的(de)(de)半人马(ma)天(tian)体(ti)(ti),提供了一(yi)(yi)个完美的(de)(de)方法(fa),正如这项研究所(suo)提出的(de)(de),向木(mu)星(xing)发射一(yi)(yi)艘宇宙飞船,让它在木(mu)星(xing)轨道上(shang)运(yun)行(xing),直到半人马(ma)天(tian)体(ti)(ti)穿(chuan)越木(mu)星(xing)的(de)(de)轨道。然后(hou)(hou)宇宙飞船可以在半人马(ma)天(tian)体(ti)(ti)朝太(tai)阳飞去、变成彗(hui)星(xing)的(de)(de)过程中进行(xing)观测(ce)。

      实现“守株待星”并非难事

      这种“守(shou)株待星(xing)”的(de)想法(fa)并(bing)非异想天(tian)开。“在(zai)木星(xing)轨道上等待半人(ren)马天(tian)体的(de)方法(fa)确实可(ke)行。”史建春(chun)认为(wei),人(ren)类(lei)目前的(de)航(hang)天(tian)发射技术已(yi)经相当成熟,派(pai)遣飞船抵达木星(xing)并(bing)不困难(nan)。

      目(mu)前,人类已有(you)多(duo)个航天器(qi)飞往外太阳系(xi);美国(guo)国(guo)家(jia)航空(kong)航天局(NASA)的(de)“朱诺”号航天器(qi),只花了大约(yue)5年(nian)时间就(jiu)到达木星(xing),目(mu)前正在拍摄(she)木星(xing)的(de)照片。

      此外,即使在小(xiao)(xiao)天体(ti)移动(dong)时(shi),人类也有可能访问(wen)它(ta)们。例如,美国“奥西(xi)里(li)斯-雷克斯”探(tan)测器(qi)访问(wen)了(le)2亿英里(li)外的(de)贝努小(xiao)(xiao)行(xing)星;日本的(de)“隼鸟2号(hao)”探(tan)测器(qi)从另一颗(ke)小(xiao)(xiao)行(xing)星“龙宫”上(shang)带回了(le)一些岩(yan)石(shi)样本。

      “不过这并不是唯一(yi)的彗星观测方案,根据具体科学(xue)目标可(ke)制定不同(tong)的观测方案,如(ru)对于著名的半人马彗星29P/Schwassmann-Wachmann,也可(ke)单独设计轨道进行绕飞观测。”史(shi)建春说。

      这将是(shi)一(yi)个富(fu)有想(xiang)象力的(de)(de)画面:彗(hui)(hui)星(xing)中的(de)(de)冰由不(bu)同(tong)类型的(de)(de)分子和气体(ti)组成,它们在(zai)到达太(tai)阳的(de)(de)过程(cheng)中在(zai)不(bu)同(tong)的(de)(de)点开始燃烧;航天器就飞行在(zai)彗(hui)(hui)星(xing)身边(bian),它“看着(zhe)”彗(hui)(hui)星(xing)的(de)(de)形成过程(cheng),并通过测量彗(hui)(hui)尾(wei)了解彗(hui)(hui)星(xing)是(shi)由什么组成的(de)(de)。

      塞利格(ge)曼表示,通过(guo)这种(zhong)方(fang)法,科学(xue)家可(ke)以(yi)弄清楚典(dian)型的(de)彗星冰层在什么时候开始燃烧以(yi)及(ji)彗星的(de)详细内部结构,从地面望(wang)(wang)远镜中弄清楚这些的(de)希望(wang)(wang)非常小。

      同时,彗星的(de)表(biao)面也会随着温度的(de)升高而发生喷发,形(xing)成(cheng)陨石坑(keng)等。塞(sai)利格曼表(biao)示,了解这(zhei)些(xie)现(xian)象(xiang),将帮助科学(xue)家更好(hao)的(de)了解太阳(yang)(yang)系(xi)。这(zhei)对理解太阳(yang)(yang)系(xi)中如何形(xing)成(cheng)类地(di)行星等事情很重要。

      史建春对(dui)此也(ye)有同样(yang)的(de)看法,他认为:“通过(guo)跟踪、观(guan)测一颗半人马天体从小行星(xing)变成(cheng)彗(hui)星(xing)、发育出(chu)彗(hui)发和彗(hui)尾(wei)的(de)过(guo)程,有助于研究彗(hui)星(xing)的(de)活动(dong)机(ji)制和早期太阳系中水(shui)和其他物(wu)质的(de)成(cheng)分分布,进而(er)揭(jie)示太阳系的(de)形成(cheng)和演化历史。”




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