星际彗星 3I/ATLAS 或诞生于极寒深空

一颗来自太阳系之外的罕见彗星正为天文学家提供一个难得窗口，让他们得以一窥在完全不同于太阳系环境下诞生的“外来”行星系统到底长什么样。 这颗天体被命名为 3I/ATLAS，于不足一年前被发现，当时它正在穿越我们的太阳系。 虽然科学家目前仍不清楚它确切的出发地，但由密歇根大学牵头的一项新研究显示，这颗彗星极有可能形成于宇宙中一个异常寒冷的区域。

该研究发表在最新一期《自然·天文学》（Nature Astronomy）上，核心发现是：3I/ATLAS 所含的水体中，富含一种被称作“重水”的特殊水分子，其特点是氘（重氢）含量异常之高。 这项研究获得了美国国家科学基金会和智利国家科研与发展署等机构的资助。 研究团队指出，通过这种特殊的同位素比例，科学家得以对银河系中其他行星系统的形成条件，进行前所未有的化学“反向推演”。

水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，化学式为 H₂O。 在普通水中，氢原子只包含一个质子；而氘则是一种更“重”的氢同位素，原子核中既有质子也有中子。 研究人员发现，3I/ATLAS 中有相当大比例的水分子属于“氘代水”，也就是含氘的重水。 重水在地球和太阳系内的彗星中都能找到，但 3I/ATLAS 中的含量远超既往观测纪录。

“这颗彗星中，重水里氘相对普通氢的比例，比我们在其他行星系统和行星彗星中看到的都要高。”该论文第一作者、密歇根大学天文学系博士生路易斯·萨拉萨尔·曼萨诺（Luis Salazar Manzano）表示。 研究显示，3I/ATLAS 中水的氘/氢比例大约是太阳系内任何一颗彗星测得值的 30 倍左右，也约为地球海洋中该比例的 40 倍。 这一极端比例说明，它形成时所处的环境极其寒冷，而且受到的辐射水平远低于太阳系幼年时期的本地环境。

科研团队指出，水中氘/氢等化学比值是理解彗星和行星形成条件的重要“指纹”。 将 3I/ATLAS 的化学特征与太阳系天体对比后，研究人员推断，这颗彗星很可能诞生于一个温度更低、辐射更弱的星际区域。 “这证明了，促成我们太阳系形成的那些条件，并不是宇宙中的通用模板。”论文共同负责人之一、密歇根大学天文学助理教授特蕾莎·帕内克-卡雷尼奥（Teresa Paneque-Carreño）指出，“这听上去似乎显而易见，但科学上很多看似‘显然’的判断，必须用数据来一一证实。”

要对一颗星际访客进行如此细致的化学剖析，运气因素也至关重要。 首先，3I/ATLAS 必须在进入太阳系的足够早期就被发现，以便天文学家能及时抢占各大望远镜的观测时间。 在完成初步确认后，萨拉萨尔·曼萨诺和合作团队成功申请到位于美国亚利桑那州 MDM 天文台的观测时段，在那里捕捉到了彗星释放气体的一些最早迹象。

随后，他与帕内克-卡雷尼奥合作，后者擅长利用位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA）进行分子成分研究。 ALMA 的灵敏度足以分辨普通水与含氘重水的微弱信号差异，使研究团队得以直接计算两者之间的比例。 科学家强调，这是首次在一颗星际天体上成功开展此类精细的水同位素分析。

“身在密歇根大学并能接入这些设施，是这项工作得以完成的关键。”萨拉萨尔·曼萨诺说。 他表示，团队成员在多个领域都经验丰富、优势互补，这使他们能够高效整合不同观测数据，并给出经得起检验的物理解释。

截至目前，天文学界仅在太阳系内确认过三颗星际来客，其中之一便是 3I/ATLAS。 研究人员认为，这项研究表明，只要观测条件允许，未来对于星际天体的化学“体检”完全可行，这将为理解银河系中各种行星系统的形成过程打开一扇新窗。 随着新一代巡天设施陆续上线，这类星际访客的发现有望显著增多。

帕内克-卡雷尼奥同时强调，保护黑暗夜空、减少光污染的重要性正在与日俱增。 只有在足够清晰、足够暗的天空背景下，天文学家才能持续捕捉到这些来自深空的微弱信号。