彗星 K2 首次從奧爾特雲深處訪問内太陽系

彗星 K2 是迄今為止發現的最遙遠的“活躍”彗星之一，本周它正在掠過我們的星球，因為它首次從太陽系的最外圍到達太陽。天文學家敬畏地注視着這個神秘的冰球，每走一步都有新的、經常令人驚訝的發現。

加州大學洛杉矶分校的天文學家大衛·傑維特說：“這有點像從太陽系開始就能夠觸摸到某些東西。” “這可能是此時内太陽系中最原始的東西。”

Jewitt 發表了多篇關于彗星 K2的論文，是 2017 年 5 月夏威夷全景巡天望遠鏡和快速反應系統 (PanSTARRS) 發現該天體後首批研究該天體的天文學家之一。當時，這顆彗星大約 17距離太陽比地球遠幾倍。科學家将地球與太陽的平均距離稱為天文單位；一個 AU 的長度約為 9300 萬英裡（1.5 億公裡）。

即使在那個距離，在土星和天王星的軌道之間，這顆彗星也在釋放科學家們所說的昏迷：一種模糊的氣體光暈，向太空延伸了 80,000 英裡（130,000 公裡）。當彗星上的冷凍物質升華或從固體直接轉變為氣體時，就會形成昏迷。

“随着[彗星]靠近太陽，它們變得越來越暖和，”傑維特說。“然後水冰能夠升華并創造出一種湍急的氣體氣氛，使彗星昏迷和彗尾。”

正是這個光環讓天文學家感到驚訝。在太陽系深處，太陽光線太微弱，無法使彗星的任何凍結物質升華。通常，該過程僅在木星的軌道周圍開始，即 5 個天文單位。

天文學家的驚訝隻有在他們在官方發現之前拍攝的圖像中發現了這個光環，當時這顆彗星距離太陽 23 個天文單位，超出了太陽系最外層行星海王星的軌道。

然後，Jewitt 确定，在拍攝第一張照片時，K2 肯定已經運行了好幾年。逆向模型顯示，這顆彗星一定是在距太陽約 35 天文單位處滲出氣體，位于柯伊伯帶深處、海王星軌道之外的碎片盤、太空岩石和彗星。

“距離太陽 35 天文單位，溫度可能比絕對零高 40 度，”Jewitt 說。（絕對零對應于負 460 華氏度，或負 273 攝氏度。在此溫度下，原子的自然運動停止）。“所以我們知道那裡的水和岩石一樣堅固。它不能對我們在那麼遠的距離看到的活動負責。”

彗星 C/2017 K2 PANSTARRS 于 2022 年 6 月 18 日在蛇夫座以 9.7 等星等被捕獲。

從那時起，彗星 K2 一直是令人着迷的發現的源泉，以意想不到的行為讓科學家感到驚訝。但 Jewitt 認為天文學家看到 K2 所做的并不是獨一無二的。相反，彗星的行為可能是彗星第一次飛向太陽的典型行為——我們以前無法觀察到它。

“這顆彗星的特别之處在于它被發現得早，”傑維特說。“我們已經能夠在比以往任何時候都大得多的範圍内追蹤彗星随着與太陽距離的變化而變化的方式。”

Jewitt 說，彗星 K2 來自比柯伊伯帶更遠的地方。彗星的原始家園很可能是奧爾特雲，它是彗星和行星碎片的儲存庫，距離太陽 2,000 到 200,000 AU。在那裡，被數十億其他冰凍的雪球和太空岩石包圍，K2 沉睡了數十億年，直到它收到了意想不到的引力，可能來自一顆經過太陽系外緣的恒星。這一踢推動了 K2 的航行，我們現在可以實時觀察。

正是這顆彗星首次穿越太陽系，這使得它在科學上如此有價值。由于過去很少暴露在高溫下，K2 應該攜帶鎖定在其内部的化學物質，這種化學物質早已從更典型的彗星中消失了。

“奧爾特雲中的溫度實際上隻比絕對零高幾度，”傑維特說。“任何在彗星形成時被放入彗核的物質，從​那時起就被凍結成固體。所以我們的想法是，我們正在研究從太陽系開始的一小塊原行星盤，它完全沒有改變。”

彗星通常被認為是攜帶太陽系形成初期信息的時間膠囊。然而，天文學家在 K2 上目睹的情況表明，随着冰球向太陽移動，它們的化學成分可能發生的變化可能比以前預期的要大得多。

“如果活動開始時真的像我們在這顆彗星上看到的那樣遠離太陽，那麼我們在其他靠近太陽的彗星上看到的就不一定那麼原始，”Jewitt 說。“彗星 K2 幫助我們了解我們可以在太陽系内部觀察到的彗星是多麼原始或原始。”

從最早的觀察中，Jewitt 想解釋是什麼構成了 K2 令人着迷的昏迷。由于從地表升華的不可能是水冰，他和他的同事們知道，在如此低的溫度下，肯定還有其他化合物會變成氣體。

“我們首先選擇的是一氧化碳，”Jewitt 說。“在靠近太陽的其他彗星中也檢測到一氧化碳，盡管其含量遠低于水。一氧化碳非常易揮發，很難凍結成固體。”

Jewitt 和他的同事推測，随着彗星在向太陽系行星區域移動時略微變暖，其表面附近的一氧化碳冰變成了一種氣體，像恒風一樣流入行星際空間的真空中。這股風攪動了彗星表面的塵埃顆粒，形成了圓形的馬勃球狀昏迷。

但傑維特說，測量彗星化學成分的幾次嘗試都失敗了，才證實了這一理論。去年，當彗星到達木星軌道時，該團隊終于成功了，科學家們終于在彗星的中心發現了一氧化碳。

當天文學家觀察到 K2 進入太陽系内部時，他們預計它會變亮。他們還等待彗發形成标志性的尾巴狀形狀，這是彗星經過地球時的典型特征。但多年來，K2 沒有任何改變，引發了問題和理論。

流星雨

“這些彗尾是由陽光的壓力造成的，陽光的壓力将[來自彗星的]塵埃顆粒推離太陽，”傑維特說。“這顆彗星直到最近才擁有一顆。”

對 Jewitt 來說，這意味着冰變成氣體從彗星中吹出的塵埃一定比科學家預期的要大。實際上要大得多：大約是質量的一百萬倍。

“我們能夠估計[這些顆粒的]大小為十分之一毫米（大約與人類頭發一樣寬）或更大，”Jewitt 說。“但預期是，由于[氣體]的初始升華非常微弱，它們不可能排出大顆粒。就像在刮風的日子裡，當你看到街道上揚起的灰塵時，你不會看到汽車被吹走在街上，因為它們太重了。”

當 K2 在星期三（7 月 13 日）最接近地球時，它将成為一個平淡無奇的觀星目标。遠在火星軌道之外，即使使用雙筒望遠鏡或後院望遠鏡也幾乎看不到彗星。

但是像 Jewitt 這樣的專業天文學家将讓 K2 成為他們強大機器的瞄準點，因為這顆彗星繼續向 12 月的近日點移動，此時它離太陽最近。他們将嘗試提取盡可能多的科學，觀察它是否經曆了預期的轉變，然後在它返回奧爾特雲時跟随它。

Jewitt 認為，詹姆斯韋伯太空望遠鏡的第一張照片于周二（7 月 12 日）向公衆公布，它可以為神秘彗星 K2 提供更多線索。望遠鏡強大的光譜儀可以更詳細地揭示彗星的化學成分，包括其異常行為的塵埃。

“如果我們得到韋伯的紅外光譜，那麼我們将能夠準确地找出這個昏迷中的東西。我們在那裡看到的是什麼類型的塵埃？” 傑維特說。