彗，埽竹也。故彗星有個(gè)別名——掃把星。中國民間傳說(shuō)彗星主掃除，見(jiàn)則有戰禍或天災。

　　后來(lái)，隨著(zhù)觀(guān)測手段逐漸增多、增強，人們發(fā)現，彗星這一天外訪(fǎng)客堪稱(chēng)生命的使者。彗星上搭載的有機分子有可能在與星球撞擊的過(guò)程中幸存下來(lái)，并成為被撞擊天體上的生命種子。

　　近日，美國亞利桑那大學(xué)月球與行星實(shí)驗室的研究人員在《天體物理學(xué)雜志快報》上發(fā)表論文稱(chēng)，他們通過(guò)計算模擬發(fā)現了木星附近的一個(gè)軌道參數空間，在這一參數空間里，半人馬小行星可加速變身為彗星，宛如彗星的搖籃。

　　該研究中的彗星“搖籃”是如何被發(fā)現的?為何這個(gè)奇特的空間有彗星孵化器的功效?

　　半人馬小行星上演彈球大作戰

　　通常，天體會(huì )保持固定的形態(tài)和軌道特征，就像地球一直是個(gè)不規則的橢圓球體，孜孜不倦地在特定軌道上圍繞太陽(yáng)旋轉，一年又一年。

　　彗星則不會(huì )如此規矩。

　　彗星是由彗核、彗發(fā)、彗尾三部分組成。彗星的彗核由冰物質(zhì)構成，就像個(gè)臟雪球。當遠離太陽(yáng)時(shí)，這個(gè)“臟雪球”是由水、氨、甲烷等凍結的冰塊和許多固體塵埃粒子構成的固態(tài)球體。當彗星接近太陽(yáng)等恒星時(shí)，由于溫度升高，彗核的冰物質(zhì)升華，在冰核周?chē)纬呻鼥V的彗發(fā)和一條稀薄物質(zhì)流，就像條大尾巴，故稱(chēng)彗尾。受太陽(yáng)輻射(主要是溫度)影響，彗發(fā)和彗尾的形狀會(huì )隨著(zhù)彗星與太陽(yáng)距離的改變而變化。

　　此次研究的對象除了彗星，還涉及到半人馬小行星。半人馬小行星是指一類(lèi)在木星和海王星之間繞日運行的冰凍小行星。

　　海王星是人們迄今為止發(fā)現的太陽(yáng)系內最外層的巨行星，它就像是個(gè)強壯的“大塊頭”，守護著(zhù)太陽(yáng)系的門(mén)戶(hù)。海王星以?xún)?，還有 3 顆巨行星，分別是天王星、土星及木星。

　　南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇告訴科技日報記者，這 4 個(gè)“大塊頭”對周?chē)√祗w皆有巨大的引力作用。相對而言，小天體質(zhì)量很小，稍有擾動(dòng)，就會(huì )改變“航線(xiàn)”。因此，半人馬小行星就像是彈球機里的球一樣，一落到巨行星附近，就會(huì )被無(wú)形的引力大手撥一下，改變方向，沒(méi)有一個(gè)固定的軌道。它們就在這張由巨型天體織成的引力網(wǎng)中漂泊流浪，直到被拽進(jìn)木星軌道以?xún)?，奔向太?yáng)，“蒸發(fā)”成彗星，被我們觀(guān)測到;或是被拋出海王星之外，從此與太陽(yáng)系再無(wú)交集。

　　此次研究人員所使用的太陽(yáng)系模型，包括太陽(yáng)以及上述 4 顆巨行星，在研究彗星進(jìn)入木星軌道附近之后的階段還包括了類(lèi)地行星。隨后，再將上千個(gè)假想的半人馬小天體測試粒子“扔”進(jìn)該模型，這些測試粒子具有不同的軌道偏心率、周期、與太陽(yáng)的距離等基本參數。經(jīng)過(guò)數值模擬后，研究人員總結歸納了測試粒子的運行規律。

　　結果顯示，六成以上的測試粒子會(huì )經(jīng)過(guò)某一特定區域，迅速演變成彗星，研究人員將這一區域稱(chēng)為“彗星通道”。但需要注意的是，該區域并非我們常說(shuō)的空間位置范圍，而是指軌道參數的范圍，即參數空間。也就是說(shuō)，半人馬小行星受引力攝動(dòng)影響改變軌道，當它的軌道參數變化到某一數值區間，可能會(huì )迅速“長(cháng)”出彗發(fā)和彗尾，演變成彗星。

　　“同化”后更易與木星親密交匯

　　很早之前，人們就發(fā)現，木星周?chē)赡艽嬖谥?zhù)一群彗星。彗星雖然是繞日運行的天體，但由于木星是距離太陽(yáng)最近的巨行星，因此也會(huì )對彗星產(chǎn)生很大影響。后來(lái)，人們將周期為3—10 年、遠日點(diǎn)在木星軌道附近的彗星稱(chēng)為木星族彗星。

　　半人馬小行星與太陽(yáng)的距離也作為此次研究中的一個(gè)參數，其數值在 5.4—7.8 個(gè)天文單位(約為 1.496×108 千米)之間。而木星與太陽(yáng)的距離約為 5.2 個(gè)天文單位，也就是說(shuō)，這一“彗星通道”就在木星附近，半人馬小行星經(jīng)此“通道”演變而成的彗星，自然也被歸類(lèi)為木星族彗星。

　　木星軌道與海王星軌道相距約 25 個(gè)天文單位，是地球到太陽(yáng)距離的 25 倍。如此廣闊的空間里，為何單單這一“通道”具有如此獨特的魔力，讓半人馬小行星迅速蛻變?此次研究的作者并未給出原因。

　　“有這樣一種可能，小天體受行星攝動(dòng)時(shí)，可能會(huì )有較大的機會(huì )被‘同化’，其運行軌道會(huì )變成與該行星相近的軌道。當然，這種軌道并不穩定，仍是在不斷變化的，只不過(guò)是在行星附近擺動(dòng)。”周禮勇表示，如此一來(lái)，行星與小天體發(fā)生緊密交匯的幾率將大大增加，半人馬小行星就很有可能在與木星緊密交匯的時(shí)候被木星一下子“拽”過(guò)去，再被太陽(yáng)逐漸“烘烤”成彗星，以明亮拖尾的壯觀(guān)景象出現在我們的望遠鏡里。

　　“當然，在沒(méi)有確切證據之前，我們還可以作出很多假設。”周禮勇補充道，例如這一區域或與引力平衡點(diǎn)有關(guān)。引力平衡點(diǎn)，即拉格朗日點(diǎn)，可以簡(jiǎn)單理解為在兩個(gè)較大天體和一個(gè)質(zhì)量忽略不計的小天體組成的三體系統中，由于引力作用，空間中存在引力平衡點(diǎn)，若小天體處于這些點(diǎn)，則相對于兩大天體基本保持靜止。

　　人們發(fā)現小天體往往傾向于沿著(zhù)與這些平衡點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的軌道運動(dòng)。半人馬小行星本就在太陽(yáng)和四個(gè)大行星的“夾縫”中求生存，它們優(yōu)先選擇與各行星的平衡點(diǎn)關(guān)聯(lián)的軌道也是可以預期的結果。

　　“通道”或已孕育更多彗星

　　然而，研究人員并未止步于計算結果或假想內容。

　　他們將人類(lèi)已知的半人馬小行星的軌道參數進(jìn)行了篩選，發(fā)現其中 3 顆正位于該“通道”中。也就是說(shuō)，我們今天的天空中，有 3 顆半人馬小行星或將成為彗星。而且，其中一顆已然十分“躁動(dòng)”，可看成是一種初期的彗星活動(dòng)，它的名字為 29P/Schwassmann-Wachmann 1(以下簡(jiǎn)稱(chēng) SW1)。

　　SW1 是于 1927 年發(fā)現的半人馬小行星，據估算其直徑約為 65 千米。盡管 SW1 離太陽(yáng)太遠，水冰無(wú)法融化，但它的高活躍性和頻繁的爆發(fā)一直吸引著(zhù)天文學(xué)家的目光。

　　那么，正處于“彗星通道”的 SW1 是否具有代表性?其軌道演化會(huì )不會(huì )與其他半人馬小行星軌道演化一致?為了找到答案，研究人員還模擬了來(lái)自海王星之外的小天體穿過(guò)海王星和木星軌道之間區域時(shí)的軌道演化過(guò)程。結果顯示，超過(guò)五分之一的測試粒子在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)入了與 SW1 軌道類(lèi)似的軌道。

　　換句話(huà)說(shuō)，盡管 SW1 似乎是目前已知的、少數通過(guò)“彗星通道”的天體中唯一的大型半人馬小行星，但它應該不是個(gè)“怪咖”，或許在半人馬小行星“圈子”里，這樣歷經(jīng)“彗星通道”演變成木星族彗星的現象很常見(jiàn)。就像是人們在某一時(shí)刻拍了一張公園照片，也許照片上公園里面只有零零散散幾個(gè)人，但公園自建成以來(lái)的人流總量必然遠遠多于這個(gè)數值。

　　周禮勇表示，這項研究對上千顆測試粒子進(jìn)行了數值模擬，突破了我們真實(shí)觀(guān)測時(shí)的有限數據，幫助我們了解彗星的演化過(guò)程。但這項研究本質(zhì)上可看成一種實(shí)驗現象或最新發(fā)現。究竟是什么導致了這一現象的發(fā)生，其動(dòng)力學(xué)機制究竟是什么?還有待更進(jìn)一步的研究探索。
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