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科学家们在 30 亿英里外观察一颗彗星的诞生
半人马星在彗发状态下转变为彗星的罕见观察，为小型冰冷太阳系天体的演化提供了一个缺失的环节。
来源:Space.com: NASA，太空探索和天文新闻天文学家目睹了一个在木星之外绕太阳运行的小型冰体转变为彗星，这在彗星和被称为半人马座的惰性天体之间提供了一个缺失的联系。
这个天体被称为 450P/LONEOS，以洛厄尔天文台 2004 年发现它的调查命名。它是一个半人马星，是一种不活跃的天体，在木星和海王星之间绕太阳运行。这些天体被认为是从冥王星以外的柯伊伯带徘徊而来，它们的路径可能受到与气态巨行星的遥远引力相互作用的干扰，甚至可能受到路过恒星的推动。
由于给定的半人马轨道至少与木星、土星、天王星和海王星之一的路径相交，因此半人马轨道在数百万年里都不稳定。因此，巨行星可以将它们推得更靠近太阳，或者将它们完全踢出太阳系。
长期以来，人们一直怀疑那些被推近太阳的彗星会变成所谓的木星族彗星，即绕太阳公转周期不到 20 年的彗星，并且受到木星引力的影响。
迄今为止，还没有人见过半人马变成木星家族彗星。 450P的轨道周期目前为22年，因此它还不是木星家族彗星，但由中佛罗里达大学行星科学家查尔斯·尚博领导的天文学家一直在观察半人马座上类似彗星行为的开始。特别是，利用夏威夷的双子座北望远镜，他们看到了 450P 固体核周围形成了被称为彗发的气体和尘埃云，这种彗发在 2019 年至 2024 年期间变亮，当时 450P 到达近日点（其轨道上距离太阳最近的点）。
如果 450P 保持这种类似彗星的行为，并从其中一颗巨型行星再次受到引力推动，那么它最终可能成为一颗木星家族彗星。
“研究 450P 这样的天体有助于我们连接小天体进化的不同阶段，”尚博在一份声明中说。 “半人马星很可能与跨海王星天体有关，其中一些最终会成为短周期彗星。通过研究它们的活动、表面特性和挥发性[具有低沸点或升华点的物质，如水和二氧化碳]成分，我们可以了解彗核在向内穿过太阳系时如何变化、它们保存原始冰的时间以及什么物理过程将原本安静的冰体变成活跃的彗星。”
使用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)，Schambeau 的团队分析了 450P 的彗发，发现了二氧化碳气体以及结晶冰和尘埃颗粒的暗示。
它从半人马星转变为彗星被认为是450P与命运有个约会的结果。通过回溯其 2004 年发现之前的轨道，天文学家发现 450P 在 1992 年就来到了距离土星 290 万英里（460 万公里）的范围内。这在太阳系尺度上非常接近。该天体与环状行星的引力相互作用导致450P的轨道显着缩短，使其近日点位于5.4个天文单位（5.06亿英里，或8.13亿公里）处，仅略超出木星轨道的5.2个天文单位。
它的最后一次近日点是在 2024 年 8 月，随着距离太阳越来越近，450P 接收到的热量比过去多得多。
JWST 在 450P 迅速形成的昏迷中发现二氧化碳气体的重要性，加上完全不存在水蒸气，告诉我们是二氧化碳驱动了 450P 的活动。
“太阳加热的增加可以使原子核的表面和地下层变暖，”尚博说。 “当这些层升温时，挥发性冰或滞留气体会被释放，这会将灰尘从表面带走并产生昏迷。”
“在距太阳 450P 的距离处，原子核太冷，正常的水-冰升华无法成为主要活动源，因此检测二氧化碳为我们提供了有关彗发驱动力的重要线索，”Schambeau 说。
虽然没有水蒸气，但 JWST 发现了结晶水冰固体颗粒的痕迹。
“可能的结晶水冰也很有趣，因为它表明彗发中的一些冰经历了加热或物理处理，而不是自形成以来就保持完全不变，”尚博说。
在原始彗星天体和柯伊伯带天体上，冰通常处于无定形状态，这意味着冻结的水分子没有以任何特定方式结构化或排列，从而使冰具有多孔成分，使其能够捕获气体。当 450P 接近太阳时，它接收到的额外热量导致非晶冰转变为结构更规则的晶冰。在转变过程中，气体逸出，将灰尘和冰粒拖离表面。因此，结晶冰的存在告诉我们，450P 正在从其原始状态发生热变化，这很可能可以追溯到 45 亿年前太阳系的诞生。
只有一小部分半人马曾经表现出活动迹象，这使得 450P 最近的近日点成为一个非常重要的研究对象，因为它是半人马转变为彗星的早期阶段的罕见例子。
“半人马座在科学上很重要，因为它们被认为是起源于太阳系更远的过渡天体，并且正在慢慢演化为木星家族彗星，”尚博说。 “从这个意义上说，它们为我们提供了一种研究来自外太阳系的相对原始物质的方法，同时它开始对更强的太阳加热做出反应。”
研究结果已被《行星科学杂志》接受，未来将在《行星科学杂志》上发表，目前可在 arXiv 预印本档案中获取。