科技日?qǐng)?bào)記者 金鳳

在太陽(yáng)系木星軌道和海王星軌道之間，潛伏著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的由冰塊和巖石組成的小天體。這些小天體，偶爾會(huì)受到木星引力擾動(dòng)的影響拋入太陽(yáng)系內(nèi)部，飛向太陽(yáng)和地球。它們被認(rèn)為是許多木星族彗星和近地彗星的來(lái)源。

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

近日，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)芝加哥大學(xué)科學(xué)家稱(chēng)鄰近木星的“半人馬天體”可能為我們揭曉太陽(yáng)系秘密提供重要線(xiàn)索。研究人員稱(chēng)，通過(guò)深入分析半人馬天體，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系實(shí)際上是一個(gè)非常動(dòng)態(tài)、充滿(mǎn)活力的行星系統(tǒng)，并且它一直處于變化狀態(tài)。

這項(xiàng)研究還提供了一個(gè)新穎的方法：可以派遣一艘抵達(dá)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(shí)時(shí)觀察它如何變成一顆彗星。

半人馬天體，這個(gè)天體中的神秘“物種“，來(lái)自何處，為何如何神秘，它能告訴我們更多有關(guān)天體乃至太陽(yáng)的“身份密碼”嗎？

人類(lèi)已發(fā)現(xiàn)452個(gè)半人馬天體，部分可變彗星

太陽(yáng)系的形成始于46億年前一片原始星云，后經(jīng)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(gè)區(qū)域。

小行星帶是太陽(yáng)系早期演化遺留下的證據(jù),太陽(yáng)系中的絕大部分小行星，是原始的太陽(yáng)星云的星子,這些星云在太陽(yáng)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(guò)100千米的天體10萬(wàn)個(gè)，柯伊伯帶的天體主要是凍結(jié)的低沸點(diǎn)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(gè)小行星帶，這里的天體主要是由巖石和金屬構(gòu)成。

相較于這兩個(gè)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(lèi)對(duì)它的了解不多。

“半人馬天體是指軌道半長(zhǎng)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(wàn)年，它們的軌道發(fā)生變化，成為半人馬天體?！敝袊?guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)副研究員史建春告訴科技日?qǐng)?bào)記者，目前國(guó)際范圍已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了452個(gè)半人馬天體，第一顆被發(fā)現(xiàn)的半人馬天體是“944 Hidalgo”，1920年由德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。最大的半人馬天體“10199 Chariklo”直徑約260千米，1997年由美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。

約一個(gè)世紀(jì)的光陰，為何只有452顆半人馬天體被人類(lèi)“捕獲”蹤跡？史建春解釋?zhuān)鞍肴笋R天體距離地球比較遠(yuǎn)，近日點(diǎn)在木星軌道外，也就是說(shuō)，距離地球最近的時(shí)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(fā)現(xiàn)?！?/p>

此外，半人馬天體是柯依伯帶天體和木星族彗星之間的過(guò)渡天體， 它的軌道區(qū)域在動(dòng)力學(xué)上不穩(wěn)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(dòng)，軌道發(fā)生變化。”史建春說(shuō)。

研究半人馬天體有助于研究太陽(yáng)系早期形成演化史

彗星分為彗核、彗發(fā)、彗尾三部分。彗核由冰物質(zhì)構(gòu)成，當(dāng)彗星接近太陽(yáng)時(shí)，彗星物質(zhì)升華，在冰核周?chē)纬梢粓F(tuán)看起來(lái)毛茸茸的彗發(fā)和一條長(zhǎng)長(zhǎng)的彗尾。

史建春介紹，一些半人馬天體會(huì)呈現(xiàn)出類(lèi)似彗星一樣的活動(dòng)性，會(huì)有彗發(fā)和彗尾?！耙?yàn)榘肴笋R天體長(zhǎng)期在木星之外，所以附著在天體上的揮發(fā)性成分較多，例如一氧化碳冰和二氧化碳冰，當(dāng)溫度升高易揮發(fā)氣體冰升華后，裹挾在天體表面的塵埃就會(huì)釋放出來(lái)，經(jīng)太陽(yáng)光反射，形成我們看到的類(lèi)似彗星的彗發(fā)和彗尾。”

據(jù)外媒報(bào)道，在這篇研究論文中，芝加哥大學(xué)的博士后研究員、該論文的通訊作者塞利格曼說(shuō):“這些物體非常古老，包含著太陽(yáng)系早期從未被融化過(guò)的冰?！薄板缧侵杂腥?，不僅是因?yàn)樗鼈兒芷?它們?yōu)槲覀兲峁┝艘环N探測(cè)遙遠(yuǎn)太陽(yáng)系物質(zhì)化學(xué)成分的方法。”

在史建春看來(lái)，與普通彗星不同的是，半人馬天體的特質(zhì)，為我們研究太陽(yáng)系的演化，提供了獨(dú)特線(xiàn)索。

“相比于常見(jiàn)的木星族彗星，由于半人馬天體長(zhǎng)期在柯依伯帶，受到的太陽(yáng)輻射較少，所以包含的物質(zhì)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(yáng)系的物質(zhì)分布和演化。”史建春說(shuō)，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(dòng)機(jī)制與木星族彗星不同。木星族彗星的活動(dòng)機(jī)制是水冰升華驅(qū)動(dòng)，而半人馬天體的活動(dòng)機(jī)制是由氣體冰的升華驅(qū)動(dòng)，不能用水冰的揮發(fā)驅(qū)動(dòng)來(lái)解釋。因此，研究半人馬天體可以比較水冰升華驅(qū)動(dòng)和氣體冰升華驅(qū)動(dòng)彗星活動(dòng)性的異同。

根據(jù)外媒報(bào)道，在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們研究了半人馬天體的數(shù)量，以及這些物體偶爾會(huì)成為飛往太陽(yáng)的彗星的機(jī)制。他們估計(jì)，大約一半的半人馬彗星是通過(guò)與木星和土星的軌道相互作用而被推入太陽(yáng)系內(nèi)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(yáng)系的中心。

后一種機(jī)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(gè)完美的方法:科學(xué)家們說(shuō)，太空機(jī)構(gòu)可以向木星發(fā)射一艘宇宙飛船，讓它在木星軌道上運(yùn)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(yáng)飛去的時(shí)候，在它變成彗星的過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量。

“守株待星”或有助觀測(cè)半人馬天體變彗星

這并非異想天開(kāi)，“在木星等待半人馬天體的方法可行?！笔方ù赫J(rèn)為，人類(lèi)目前的航天發(fā)射技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，抵達(dá)木星并不困難。

例如，已經(jīng)有航天器經(jīng)常前往外太陽(yáng)系；美國(guó)宇航局的“朱諾”號(hào)航天器，只花了大約五年時(shí)間就到達(dá)木星，目前正在拍攝木星的照片。

此外，即使在天體移動(dòng)時(shí)也有可能訪(fǎng)問(wèn)它們。例如，OSIRIS-REx訪(fǎng)問(wèn)了2億英里外的一顆小行星，日本的“隼鳥(niǎo)2號(hào)”宇宙飛船從另一顆小行星帶回了一些巖石。

“不過(guò)這并不是唯一的軌道設(shè)計(jì)方案，根據(jù)具體科學(xué)目標(biāo)可制定不同的軌道設(shè)計(jì)方案，如對(duì)于比較著名的半人馬彗星29P/Schwassmann–Wachmann，也可單獨(dú)設(shè)計(jì)軌道進(jìn)行繞飛觀測(cè)?！笔方ù赫f(shuō)。

這將是一個(gè)富有想像力的畫(huà)面：彗星中的冰由不同種類(lèi)的分子和氣體組成的，它們?cè)诘竭_(dá)太陽(yáng)的過(guò)程中在不同的點(diǎn)開(kāi)始燃燒。通過(guò)測(cè)量彗尾，航天器可以了解彗星是由什么組成的。

塞利格曼說(shuō)：“你可以弄清楚典型的彗星冰層在哪里開(kāi)始燃燒，以及彗星的詳細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么，而從地面望遠(yuǎn)鏡中弄清楚這些的希望非常小?！?/p>

同時(shí)，彗星的表面隨著它的加熱而噴發(fā)，形成隕石坑等。塞利格曼認(rèn)為：“繪制所有這些將幫助你了解太陽(yáng)系的動(dòng)態(tài)，這對(duì)理解太陽(yáng)系中如何形成類(lèi)地行星等事情很重要?！?/p>

史建春對(duì)此英雄所見(jiàn)略同，他認(rèn)為，“通過(guò)跟蹤觀測(cè)一顆半人馬天體從小行星變成彗星、發(fā)育出彗發(fā)和彗尾的過(guò)程，有助于研究彗星的活動(dòng)機(jī)制和太陽(yáng)系早期中水和其它物質(zhì)成分分布，進(jìn)而揭示太陽(yáng)系的形成和演化歷史。”

“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(guò)程，該多酷啊!”塞利格曼暢想。

關(guān)鍵詞： 人馬 天體 彗星