天体物理学鉴证：追踪解体彗星 追溯到45亿年前的太阳诞生之初

一个由 45 位研究流星雨的研究人员组成的国际小组发现，并非所有彗星在接近太阳时都以同样的方式碎裂。在本周发表在《伊卡洛斯》（Icarus）杂志上的一篇论文中，他们将这种差异归因于45亿年前彗星形成的原行星盘中的条件。通过研究年轻流星雨中流星体的物理和化学特征，科学家们追溯到太阳系不同区域彗星的起源。

"我们在夜空中看到的流星体只有小鹅卵石大小，"第一作者、SETI研究所和NASA艾姆斯流星天文学家彼得-詹尼斯肯斯（Peter Jenniskens）说。"事实上，它们与太阳系形成过程中坍缩成彗星的鹅卵石大小相同"。

在太阳系形成的过程中，年轻太阳周围圆盘中的微小颗粒逐渐变大，直到变成小鹅卵石大小。"一旦鹅卵石长到足够大，不再随气体移动，它们就会在长到更大之前被相互碰撞摧毁，"NASA艾姆斯行星科学家和合著者保罗-埃斯特拉达说。"彗星和原始小行星是在这些卵石云局部坍缩成千米大小甚至更大的天体时形成的。"

原行星盘。行星形成可视化计算机模拟图。资料来源：NASA/JPL-Caltech

彗星碎裂和流星雨

快进到 45 亿年前：今天，当彗星接近太阳时，它们会碎裂成更小的碎片，称为流星体。这些流星体会与彗星共同运行一段时间，之后当它们撞击地球大气层时，就会形成流星雨。

"詹尼斯肯斯说："我们假设，彗星塌缩成鹅卵石的大小。"在这种情况下，年轻流星体流的大小分布以及物理和化学性质仍然包含着关于这种坍缩过程中原行星盘内状况的信息"。

詹尼斯肯斯和他的专业及业余天文学家团队在美国国家航空航天局（NASA）赞助的一个名为 “CAMS ”的项目中，通过遍布全球的网络使用特殊的低照度摄像机跟踪流星。

詹尼斯肯斯说："这些照相机测量流星体的轨迹、它们第一次发光时的高度，以及它们在地球大气层中的减速情况。专业相机测量了其中一些流星体的成分"。

研究小组研究了 47 个年轻的流星雨。其中大部分是两类彗星的碎屑：木星系彗星来自海王星以外柯伊伯带的散射盘，长周期彗星来自太阳系周围的奥尔特云。长周期彗星的轨道比木星系彗星宽得多，受太阳引力的束缚也更松散。

外太阳系演化的三个阶段。(A）鹅卵石坍缩成彗星时，指向小行星（AST）、木星眷属彗星（JFC）和长周期彗星（LPC）的可能起源区域；（B）海王星将彗星分散成柯伊伯带的分散盘时；（C）太阳离开诞生星团后，行星的不稳定性产生了外奥尔特云。资料来源：Jenniskens et al.

詹尼斯肯斯说："我们发现，长周期（奥尔特云）彗星通常会碎裂成表明温和吸积条件的大小。它们的流星体密度很低。流星体流中含有相当稳定的4%的一种固态流星体，这种流星体在过去曾被加热过，现在只在地球大气层更深处才会变亮，而且通常钠元素含量较低。"

另一方面，木星眷属彗星通常会碎裂成体积更小、密度更大的流星体。它们的固体物质平均含量也较高，达到 8%，而且种类更多。

埃斯特拉达说："我们的结论是，这些木星眷属彗星是由鹅卵石组成的，这些鹅卵石已经达到了碎裂的程度，碎裂在其大小演变过程中变得非常重要。过去曾被加热的物质的掺杂量较高，预计它们会更靠近太阳。"

原始小行星的形成距离太阳更近，但仍在木星轨道之外。这些小行星产生的流星雨颗粒更小，表明它们的鹅卵石组成部分经历了更猛烈的碎裂。

埃斯特拉达说："虽然两组彗星中都有例外，但这意味着大多数长周期彗星是在更温和的粒子生长条件下形成的，可能是在跨海王星盘30 AU边缘附近。大多数木星族彗星是在离太阳较近的地方形成的，那里的鹅卵石达到或通过了碎裂屏障，而原始小行星是在巨行星核心形成的区域形成的。"

在巨行星成长的同时，海王星向外运动，将彗星和小行星从剩余的原行星盘中分散出来。这种向外的运动很可能同时产生了柯伊伯带的分散盘和奥尔特云。这预示着长周期彗星和木星家族彗星具有相同的特性，但研究小组的发现并非如此。

詹尼斯肯斯说："有可能是太阳诞生区域的恒星和分子云在早期扰动了奥尔特云彗星的宽轨道，我们今天看到的长周期彗星是在太阳移出这一区域后才分散到这种轨道上的。相比之下，木星眷属彗星的轨道一直较短，海王星在离开时散落的所有天体都是其样本。"

编译自/ScitechDaily