同位素分析揭示：星际彗星3I/ATLAS年龄达100至120亿年

IT之家 3 月 31 日消息，一项对星际彗星 3I/ATLAS 同位素组成的最新分析表明，这颗近期霸占各大新闻头条的星际彗星，年龄可能达到 100 亿至 120 亿年。这位闯入太阳系的“星际访客”，是有记录以来第三个从星际空间闯入太阳系周边的天体。

倘若这份新测算的年龄属实，便意味着 3I/ATLAS 在银河系诞生后的数十亿年内就已形成。

据IT之家了解，3I/ATLAS 于 2025 年被发现时，其相对太阳的运行速度达到每秒 36 英里（58 公里）。它是人类迄今观测到的速度最快的彗星，远超此前的星际天体奥陌陌（1I/'Oumuamua）和鲍里索夫彗星（2I/Borisov）。理论研究指出，星际天体的运行速度越快，形成年代就越久远。因为其必然曾多次与其他恒星发生天体交会和引力弹弓效应，从而被不断加速至极高速度。

基于该彗星的运行速度，密歇根大学的埃斯特 · 泰勒与密歇根州立大学的达里尔 · 塞尔格曼两位天文学家测算得出，3I/ATLAS 的运动学年龄约在 30 亿至 110 亿年之间。这一年龄区间跨度极大，存在显著不确定性。而美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的马丁 · 科迪纳主导的一项新研究，通过分析彗星的同位素组成，将其年龄锁定在了这一区间的上限范围。

借助詹姆斯 · 韦伯太空望远镜的近红外光谱仪开展观测研究，科迪纳团队测量了 3I/ATLAS 体内碳 12 与碳 13 的比值，同时检测了彗星水体中氘的富集程度（氘是氢的两种稳定同位素之一）。这两项指标是推断彗星年龄与起源的关键依据。

同位素指同种元素中质子数相同、中子数不同的原子。碳 12 是碳的常规形态，含有 6 个质子与 6 个中子；碳 13 则为其同位素，拥有 6 个质子和 7 个中子。氘含有 1 个质子与 1 个中子，而普通氢原子仅有 1 个质子、不含中子。

在 3I/ATLAS 表面，一氧化碳、二氧化碳等化合物中，甚至甲醇、甲醛、甲烷等有机分子里，都检测到了碳同位素。

近红外光谱仪的观测结果显示，相较于太阳系内所有天体、其他恒星周围的行星形成盘以及本地分子云，3I/ATLAS 体内的碳 12 相对碳 13 的占比要高得多。这至少能够证明：它绝非太阳系本土天体。

星际介质与孕育恒星的分子云之中，碳 13 的丰度会随着时间推移不断升高。因此，碳 13 相对碳 12 的占比越低，就说明天体形成的年代越久远 —— 形成之时，碳 13 尚未累积至如今的丰度水平。

科学家结合银河系演化模型，得以推算出它大致的形成时间。

银河系约 130 亿年前诞生后，曾经历一场剧烈的星暴活动，大规模恒星集中形成。这批恒星中，许多很快演化成红巨星，随后抛散外层物质，形成行星状星云，最终遗留高温稳定的内核，也就是白矮星。

若白矮星处于密近双星系统中，它会不断吞噬伴星的物质，最终在表面触发热核爆炸，这类爆发被称为新星。新星爆发会大量生成碳 13。研究认为，银河系诞生后的前 40 亿年里，曾出现密集的新星爆发浪潮。3I/ATLAS 既含有少量重元素，又拥有极低的碳 13 相对丰度，说明它正是在这一阶段形成，早于银河系碳 13 丰度大规模累积的时期。

据此推算，3I/ATLAS 的年龄确定为 100 亿至 120 亿年。

彗星水体的氘富集特征，同样揭示了它的星际起源。氘可以替换水分子中的普通氢原子（单个或两个），这便是科研人员所说的氘富集现象。3I/ATLAS 水体的氘氢比值，比太阳系原生彗星高出一个数量级。

这种高氘富集只会在特定环境中形成：当温度低于绝对零度以上 30 开尔文（零下 243 摄氏度）时，水冰会富集氘。该低温环境普遍存在于星际分子云，且重元素含量极低，进一步印证了这颗彗星诞生于银河系早期。

彗星与行星同步形成。若以上研究结论成立，那么 3I/ATLAS 极有可能是银河系最早一批行星系统遗留下来的古老残骸。我们能否通过它窥探早期行星的奥秘？

彗星本质是冰质天体，通常诞生于行星形成盘的外围区域。这里远离年轻恒星的高温，冰体不会被蒸发。在行星形成盘中，水分由气态转变为固态冰的分界线，被称为雪线。

科迪纳在接受《太空网》采访时表示：“我们普遍认为，彗星物质代表着原行星盘雪线以外行星的构成基础。星际彗星亦是如此，它们能让我们洞悉系外行星的原始物质组成。”

目前，科学家仍在完善 3I/ATLAS 的完整化学成分图谱，但现有研究已得出多项关键结论。

科迪纳指出：“对比太阳系彗星，鲍里索夫彗星与 3I/ATLAS 都呈现出富碳的化学特征。这至少说明，它们的母行星系统中碳元素含量极为丰富。同时，3I/ATLAS 还富含水资源。”

氘元素以及各类碳、氧化合物的存在，证明在形成该彗星所属行星系统的冰尘颗粒上，曾发生过复杂的化学反应。这也意味着，在宇宙诞生的极早期，有机分子与水就已是行星形成的核心组分。

不过，3I/ATLAS 的确切起源地至今仍是未解之谜，或许永远无法揭晓。回溯其千万年以上的运行轨迹几乎毫无可能：它途经恒星时会受到引力扰动，轨道会发生持续偏移。

但年龄测算结果，已大幅缩小了起源范围。

银河系银盘分为两层：薄银盘厚度约 1000 光年，如今银河系绝大多数恒星在此诞生，太阳系也位于薄银盘之中；薄银盘外围是更为弥散厚重的厚银盘，厚度约 3000 光年。欧洲空间局盖亚卫星对厚银盘恒星的观测显示，厚银盘始于 130 亿年前，而薄银盘形成时间晚得多，约 90 亿年前才开始演化。若该时间线准确，3I/ATLAS 大概率源自厚银盘恒星系统。

科迪纳称：“彗星的年龄越古老，这一可能性就越高。”

事实上，3I/ATLAS 年代太过久远，孕育它的恒星系统或许早已消亡。它真的是行星形成远古纪元留存下来的珍贵遗迹吗？

这项研究成果目前尚未完成同行评审，相关预印本论文已对外公开。

参考资料：

• https://arxiv.org/pdf/2603.06911