眾所周知，彗星是很有“脾氣”的，因為彗星冒險靠近太陽，當(dāng)彗星從太陽系的外緣俯沖進來時，這些冰冷的天體開始噴出氣體和塵埃。彗星的發(fā)光爆發(fā)可以產(chǎn)生壯觀景象，使夜空在幾天、幾周甚至幾個月的時間里變得光彩照人。

但是彗星并不是這樣誕生的，彗星從最初的形成位置到太陽系內(nèi)部路徑已經(jīng)爭論了很長時間。行星科學(xué)家對彗星非常感興趣，因為彗星可能是太陽系誕生以來遺留下來的最原始物質(zhì)殘留物。

在《天體物理學(xué)》期刊上發(fā)表的一項研究中，包括亞利桑那大學(xué)月球和行星實驗室凱瑟琳·沃爾克和沃爾特·哈里斯在內(nèi)的一組研究人員報告顯示：在木星之外發(fā)現(xiàn)了一個軌道區(qū)域，它起著“彗星入口”的作用。這條路徑將被稱為半人馬天體從巨大行星（木星、土星、天王星和海王星）的區(qū)域漏斗到太陽系內(nèi)，從宇宙的角度講，在那里它們可以成為地球附近的?？?。這個入口的形狀大致像一個假想甜甜圈環(huán)繞著這個區(qū)域，作為半人馬天體模擬的一部分被發(fā)現(xiàn)，半人馬天體是在木星和海王星之間混亂軌道上移動的小冰體。

任意路徑上的冰冷盜賊

半人馬天體被認為起源于柯伊伯帶，這個區(qū)域由海王星以外的冰凍物體居住，延伸到大約50個天文單位（是太陽和地球之間平均距離的50倍），與海王星的近距離接觸會將其中一些彗星推入內(nèi)部軌道，并成為半人馬天體，它們是圍繞內(nèi)太陽系快速移動的大約1000顆短周期彗星的來源人口，這些彗星也被稱為木星系列彗星，或JFCs，包括航天器任務(wù)如Tempel 1(深撞擊)，Wild 2(Stardust)和67P/Churyumov-Gerasimenko(Rosetta)訪問的彗星。

合著者之一，也是研究柯伊伯帶天體、行星動力學(xué)和太陽系外行星的助理科學(xué)家沃爾克說：它們軌道的混亂性質(zhì)模糊了這些半人馬天體成為JFC的確切路徑。這使得我們很難搞清楚它們到底來自哪里，以及未來可能會去哪里。在附近幾顆巨行星木星、土星和海王星的引力場的擠壓下，半人馬天體人往往不會停留在附近，從而形成了一個高周轉(zhuǎn)率的社區(qū)。它們嘎嘎作響了幾百萬年，也許是幾千萬年，但它們中沒有一個甚至接近太陽系形成的時候。

彗星去哪里消亡？

現(xiàn)在知道有300個半人馬天體，可以通過望遠鏡看到，但這只是冰山一角，估計有1000萬個這樣的物體。我們所知的大多數(shù)半人馬天體是在CCD出現(xiàn)之前才被發(fā)現(xiàn)，加上需要計算機的幫助來搜索這些物體，但是在觀察中有很大的偏差，因為小物體根本就不夠明亮，無法被探測到。圍繞太陽的每一次運行都會對彗星造成更多的磨損，直到它最終解體，與將其從太陽系內(nèi)部拋出的行星發(fā)生近距離接觸，或者其揮發(fā)物（主要是氣體和水）被耗盡，通常情況下，大部分塵埃留下來并覆蓋在彗星表面。

因此彗星不再加熱太多，它進入休眠狀態(tài)。根據(jù)某種機制，“小彗星”的穩(wěn)定供應(yīng)必須取代那些已經(jīng)走完其路線的彗星，但直到現(xiàn)在，還不知道它們來自哪里。為了更好地理解半人馬天體是如何變成JFC的，研究團隊專注于創(chuàng)建計算機模擬，可以再現(xiàn)29P/Schwassmann-Wachmann 1(簡稱SW1)的軌道。SW1是1927年發(fā)現(xiàn)的半人馬天體，據(jù)認為直徑約為65千米。盡管SW1離太陽太遠，水冰無法融化，但它的高活躍性和頻繁的爆炸爆發(fā)一直困擾著天文學(xué)家。它的軌道和活動都將SW1置于其他半人馬天體和JFC之間的演化中間地帶

而觀測的最初目標是探索SW1當(dāng)前情況是否與其他半人馬天體軌道演化一致。為了實現(xiàn)這一點，該團隊模擬了從海王星軌道之外，穿過這顆巨大行星區(qū)域和木星軌道內(nèi)的天體演化。研究模擬結(jié)果包括幾個從根本上改變了我們對彗星演化理解的發(fā)現(xiàn)。在模擬跟蹤的新半人馬天體中，超過五分之一的被發(fā)現(xiàn)在其演化過程中的某個時間點進入了與SW1的類似軌道。換句話說，盡管SW1似乎是目前已知占據(jù)“彗星搖籃”少數(shù)物體中唯一的大型半人馬天體，但根據(jù)新研究顯示，它并不是人們認為的異常值，而對半人馬天體來說是相當(dāng)普通的。

除了SW1軌道的平凡性質(zhì)之外，這些模擬還導(dǎo)致了一個更令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過這個區(qū)域的半人馬天體，是超過三分之二木星家族彗星的來源，這使得這成為產(chǎn)生這些彗星的主要通道。從歷史上看，研究假設(shè)是木星周圍的區(qū)域相當(dāng)空曠，被這顆巨大行星的引力清除了，但研究結(jié)果告訴我們，有一個區(qū)域不斷地被喂養(yǎng)。這種持續(xù)不斷的新物體來源可能有助于解釋冰體與木星碰撞的驚人速度，例如1994年著名的蘇梅克-列維九號彗星事件。

值得崇拜的彗星

根據(jù)對進入、居住和離開門戶區(qū)域冰天體數(shù)量和大小的估計和計算，這項研究預(yù)測，它將維持大約1000個木星族天體的平均數(shù)量，距離天文學(xué)家迄今發(fā)現(xiàn)的500個不太遠。結(jié)果還顯示，關(guān)口區(qū)域觸發(fā)了一個快速的轉(zhuǎn)變：一旦半人馬天體進入它，它很可能在幾千年內(nèi)成為JFC，而在太陽系時間框架中的一眨眼功夫。Harris和Volk認為，計算表明SW1大小的冰天體應(yīng)該每5萬年進入一次該區(qū)域，因此SW1很可能是有記錄的人類歷史上最大開始這種過渡的半人馬天體。

事實上，SW1可能會在幾千年內(nèi)成為一顆“超級彗星”。研究人員認為，在大小和活動上可以與20世紀最明亮的彗星之一海爾-波普彗星相媲美，SW1有70%的可能性成為人類所見過的最壯觀彗星。我們的后代可能會看到一顆比哈雷彗星活躍10到100倍的彗星，除了SW1將每6到10年而不是每75年返回一次。如果在過去的一萬年中有這么明亮彗星，我們就會知道它，研究人員認為這是一個強有力的證據(jù)，表明至少從那時起就沒有發(fā)生過類似的事件，因為古代文明不僅記錄了彗星，他們可能還崇拜它！

博科園｜研究/來自：亞利桑那大學(xué)

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab3fb3

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