太阳系边缘小天体现神秘稀薄大气层，成因成谜

IT之家 5 月 6 日消息，在太阳系遥远冰冷的外围区域，有一颗体积极小的天体竟神秘地生成了大气层，科学家对其形成的方式与原因百思不得其解。

一种推测是，该大气层由冰火山活动形成，本质上就是冰封火山喷发。另一种观点认为，大气层的形成可能与天体撞击有关；但若是撞击所致，这次撞击必然发生在相对较近的时期，因为如此稀薄的大气层会不断向太空散逸，千年之内便会彻底消失。

据IT之家了解，这颗拥有大气层的天体编号为 (612533) 2002 XV93，属于海王星外天体。这类天体位于最外侧行星海王星轨道之外的柯伊伯带中。更具体地说，其属于冥族小天体，和冥王星一样，与海王星形成 2:3 轨道共振：海王星每绕太阳公转三圈，该天体就绕太阳公转两圈。

此外，(612533) 2002 XV93 的体型远小于冥王星：其直径约 500 公里，而冥王星直径达 2377 公里。

冥王星质量足够大，运行至近日点（椭圆轨道上距离太阳最近的位置）时，能够维系一层稀薄的外逸层大气。冥王星表面还留存着分子氮、甲烷、一氧化碳等冰体，这些物质可以升华成气体。冥王星公转周期长达 248 年，当它逐渐远离太阳时，这些气态物质又会重新凝结冻结在星球表面。

然而，人类从未在柯伊伯带及更远区域发现过其他拥有外逸层的天体，仅在冥王星的同等级矮行星鸟神星上检测到过甲烷释气现象。2024 年 1 月 10 日，(612533) 2002 XV93 发生掩星现象（从恒星前方掠过），参与此次观测的日本专业及业余天文学家，原本也没预料到会发现它存在大气层。

倘若 (612533) 2002 XV93 完全没有大气，从地球视角看，它掠过恒星前方时，恒星光芒会瞬间消失。但实际观测情况并非如此。

从地球上，这类恒星掩星现象仅能在地球表面极狭窄的带状区域内观测到。通过在该带状区域边缘布设观测点，天文学家便能测算出掩星天体的大小与形状。

为此，日本国立天文台石垣岛天文台的有松航领导一支由专业和业余天文学家组成的团队，于 2024 年 1 月 10 日，在日本四个不同观测点，对 (612533) 2002 XV93 遮掩一颗 15 等恒星的过程展开观测。（恒星的星等代表其亮度，例如月球星等约为 - 12 等，因此 15 等恒星十分昏暗。）

观测团队使用的设备包括：东京大学木曾天文台口径 1.05 米的专业望远镜，以及搭载互补金属氧化物半导体相机的业余级 200 毫米、250 毫米望远镜。这类相机灵敏度极高，能够捕捉到恒星光芒在被天体边缘遮挡前逐渐变暗的过程。只有天体存在大气层时，星光才会被大气衰减、折射，出现这种渐变遮光现象。

这层外逸层极为稀薄，表面气压仅为 100 至 200 纳巴，相当于地球大气压强的五百万到一千万分之一。作为对比，冥王星稀薄大气层的平均表面气压约为 10 毫巴。

目前，(612533) 2002 XV93 的大气成分尚无定论。按冥王星的规律推测，它本该拥有以氮气为主、夹杂微量甲烷和一氧化碳的大气，但詹姆斯・韦伯空间望远镜此前观测并未在其表面发现可升华成大气的这类冰体。同时，该天体表面温度仅比绝对零度高出 40 至 50 摄氏度，低温环境下，水冰和干冰也根本无法升华成气态。

既然上述可升华冰体都不存在，这层大气究竟从何而来？有松航团队提出了两种解释，但均存在难以自洽的疑点。

第一种假说：一颗彗星天体撞击了 (612533) 2002 XV93，大气气体来自撞击天体本身。但该天体引力微弱，大气会持续向太空逃逸，仅能维持千年左右。若该假说成立，就意味着人类极其幸运，恰好在这场罕见撞击发生的同期观测到了这颗天体。

究竟是惊天巧合，还是纯粹的运气？

另一种假说：可升华的冰体埋藏在天体地表之下，经由某种冰火山活动被释放至地表。但目前科学界尚不清楚，究竟是什么能量在驱动这类地质活动。

无论成因如何，(612533) 2002 XV93 外逸层的发现，颠覆了人类以往对“哪些天体能够维系大气层”的认知。

研究团队在论文中表示：“这一发现表明，‘只有大型行星才能形成全球性浓密大气’的传统观点，必须重新修正。”

下一步研究重点是探明该天体的大气成分，而这项任务最适合由詹姆斯・韦伯空间望远镜完成。长期监测大气密度变化也能提供关键线索：若未来数年大气密度持续下降，说明大气源自天体撞击，气体正不断向太空散逸；若密度保持稳定，则意味着大气有持续的内部释气补给。

该研究成果已于 5 月 4 日发表在《自然・天文学》期刊上。

参考资料：

• https://www.nature.com/articles/s41550-026-02846-1