55亿公里外，一颗小天体竟然拥有大气

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主译：毕逸飞

校对：酥油饼

审核：牧夫天文校对组

美编：张一帆

后台：王启儒

https://www.nao.ac.jp/news/science/2026/20260505-prc.html

冥王星之外的惊人发现：18秒掩星观测，破解太阳系边缘的气体之谜

根据日本国立天文台2026年5月5日发布的报道及研究详细资料编写｜配图均来自原始资料

题图｜2002 XV93掩蔽背景恒星的艺术示意：研究者通过恒星变暗过程寻找小天体周围的大气。此图为示意画面，并非该天体的直接照片。（图片：日本国立天文台）

如果有一天，一颗遥远的恒星突然从望远镜画面中消失，你会想到什么？也许是被云层遮蔽，也许是仪器故障。但对天文学家来说，这短短几秒的“失踪”，有时却能揭开太阳系边缘天体的秘密。2024年1月，日本三地的观测者把望远镜对准同一颗暗淡的恒星，记录下了一次不同寻常的掩星现象。两年后，这份数据带来了一项颇为反直觉的结论：一颗直径仅约500千米、远在55亿公里外的小天体，可能拥有一层真正的大气。

比冥王星小得多，却可能拥有大气

这颗天体的编号是（612533）2002 XV93。它位于海王星轨道以外的柯伊伯带，观测时与地球相距约55亿公里，相当于地球到太阳距离的37倍。与直径约2380千米的冥王星相比，它的直径只有大约五分之一。对于大多数人来说，这只是太阳系边缘一个不起眼的编号；对研究行星形成和演化的科学家来说，它却成了一道出乎意料的考题。

太阳系外缘远离太阳，表面温度通常低于零下220摄氏度。过去，人们往往把这里想象成几乎没有变化的冰冷世界：阳光微弱、热量稀少，小天体看起来应当安静而稳定。然而事实上，冥王星已有被确认的大气，但更小的天体能不能维持大气，一直难以回答。就连阋神星、妊神星、鸟神星及创神星等体积远大于2002 XV93的天体，此前也没有获得同样明确的大气探测证据。

大气的存在需要两个基本条件：表面必须能释放气体，天体还得有足够的引力把气体留住。对柯伊伯带天体来说，可能成为气体来源的物质主要是甲烷、氮和一氧化碳等“超挥发性物质”。它们在极低温下仍可能挥发，但这并不意味着任何冰块都能披上一层大气。天体越小，引力通常越弱，气体也越容易逃逸。因此，在这项研究之前，直径不足1000千米的外缘天体基本不被认为能拥有可观测的大气。

“太阳系外缘天体”这个名称也容易产生误会：它们并非来自太阳系之外，而是绕着太阳运行、主要分布在海王星轨道外侧的一类天体。2002 XV93的轨道半长轴约为59亿千米，偏心率约0.13。它在发现时获得了2002 XV93的临时编号，后来由于轨道测定足够可靠，又得到小行星中心赋予的永久编号612533。人类已经为这个遥远世界编好了号码，却仍不知道它表面和内部究竟发生着什么。

图1｜比较冥王星、阋神星、妊神星、鸟神星、创神星与2002 XV93的大小及大气探测情况。图中将2002 XV93标为发现大气证据的天体。（图示制作：有松亘；图片：日本国立天文台）

一次不到20秒的“恒星失踪”

既然2002 XV93这么遥远、这么暗，研究人员是怎样发现大气的？答案不是飞船靠近拍照，也不是直接拍到了环绕它的气体，而是利用一种叫作“掩星”的现象。当地球、近处的小天体和更遥远的背景恒星大致排成一条直线时，小天体会短暂挡住恒星。对地面望远镜而言，恒星仿佛被按下了“关闭”键。

这里真正重要的，未必是恒星消失了多久，而是它怎样消失。如果一颗天体完全没有大气，恒星光线应该在天体边缘被迅速遮断，亮度下降得非常陡；如果周围有稀薄气体，恒星光线可能被大气折射，望远镜记录的亮度变化就会变得平缓。换句话说，掩星的“明暗过渡”，像是一支探查看不见的气体的探针，只不过它读取的是恒星的亮度变化。

这项方法尤其适合研究太阳系深处那些望远镜难以拍出表面细节的小天体。掩星发生前，目标只是夜空中的一个暗点；发生时，背景恒星好比一盏恰好摆在它后方的灯，边缘有没有气体便可能在亮度记录上留下痕迹。研究者需要准确预报掩星发生的时间、地点，再把望远镜架设到可能经过阴影的地面区域。错过几秒，就可能错过整次事件。

图2｜掩星的探测原理。上半部分为无大气时恒星光被快速遮挡；下半部分为有大气时恒星光被折射，亮度呈渐变。（图示制作：有松亘；图片：日本国立天文台）

日本国立天文台研究人员牵头的团队，参加了名为TABASCO的联合观测计划。这个颇有趣味的名称，是“通过协调恒星掩星现象观测分析海王星外天体的大气与环带”这一英文名称的缩写。研究者事先计算出：2024年1月10日，2002 XV93可能掩蔽御夫座方向一颗视星等约15等的恒星，于是组织京都、长野和福岛三地同步观测。

他们并非只依赖最先进的巨型望远镜。京都使用口径20厘米的小型快速观测系统SoCoSoCo PONCOTS；长野借助东京大学木曾观测所口径1.05米的施密特望远镜及Tomo-e Gozen高速相机；福岛则由业余天文观测者细井克昌使用口径25厘米的望远镜参与。三地都成功取得数据，其中京都和长野记录到了持续时间最长约18秒的掩星现象。

多地点观测还有另一层价值：一颗天体投向地球的阴影，并不是在每个地点都完全一样。位于阴影中心附近的望远镜，有机会记录恒星被完整遮挡的过程；处在边缘的站点，即使没有看到恒星彻底消失，也可能捕捉到被折射光线造成的细微减光。因此，福岛的数据不但没有因为“没被遮住”而失去价值，反而为模型提供了重要约束。

最关键的证据，藏在1.5秒里

最引人注意的结果出现在长野。研究人员发现，恒星并不是瞬间变暗、瞬间恢复：在掩星开始和结束时，它的亮度都经历了大约1.5秒的缓慢变化。福岛的情况也很特别：那里的观测视线没有被2002 XV93的固体本体完全遮住，只是擦过掩星阴影边缘，却仍然记录到了先变暗再恢复的迹象。

这样的曲线很难用“没有大气的坚硬小球”来解释。研究人员还检验了衍射效应以及背景恒星本身具有一定视直径等因素，发现它们不足以造成观测到的过渡特征。随后，团队建立了参照冥王星温度结构的大气模型。无论假设气体主要由甲烷、氮还是一氧化碳组成，只要表面气压约为100至200纳巴，就能很好地再现三地记录到的数据。

这里的发现依赖的是不同证据的相互吻合，而不是某一张漂亮照片。科学家先将实际亮度变化绘成带误差范围的数据点，再与“无大气”及“有大气”的理论曲线比较。只有后者能够较好地解释掩星起始、结束以及阴影边缘附近的平缓变化。这也是为什么一项看似只有几秒钟的观测，需要经过复杂分析才能变成可靠的天文结论。

图3｜长野（上）和福岛（下）的实测恒星亮度变化。数据点为观测值，红线为大气模型；无大气模型无法解释边缘处缓慢变暗的特征。（改编自Arimatsu等人，2026）

“纳巴”听起来陌生，其实只是一个很小的压强单位。一纳巴等于十亿分之一巴；在地球表面，气压约为一巴。也就是说，2002 XV93可能拥有的大气，气压大致只有地球的千万分之一、冥王星的百分之一。它远不是能让人呼吸的空气，更像是极其稀薄、难以直接察觉的气体外衣。这里也有一条重要的科学边界：研究较有力地支持了大气的存在，却还没有直接确认具体气体成分。

如果留不住气体，大气从哪里来？

发现大气并不等于解释了大气。2002 XV93只有约500公里宽，重力并不强。按照研究团队的分析，假如没有持续的气体补充，它周围的大气可能在大约1000年内流失。放在人类历史中，1000年似乎很长；可与太阳系数十亿年的历史相比，这几乎是一瞬间。我们为何偏偏在这一瞬间看到了它？

研究提出了两种主要可能。第一种是小天体内部仍有活动：地下挥发性物质不断释放气体，甚至可能存在类似“冰火山”的低温火山活动。第二种则更具偶然性：不久前有另一颗小天体撞上它，撞击把挥发性物质带出表面，形成一层短命大气。这两种解释目前都尚未得到证实，却都意味着外缘小天体未必像过去设想的那样永远沉寂。

更有意思的是，两种假说留下了可以继续检验的预言。如果大气来自一次撞击，未来几年气压可能持续、单调地下降；如果气体由内部源源不断地补给，那么气压可能不会这样一路下降，甚至会呈现某种季节性变化。通过对同一天体反复开展掩星观测，科学家便有机会把“看到异常”推进到“理解原因”。未来，詹姆斯·韦伯空间望远镜的光谱观测，也有望帮助辨认气体的性质。

要追踪气压变化，研究者还得耐心等待下一次合适的掩星现象。掩星并不是随时都能发生：天体的轨道位置、背景恒星的亮度、地球上可观测的地理范围、天气和设备的时间分辨率，都决定了能否拿到足够精确的数据。即使未来没有立刻解开成分之谜，新的测量仍有可能告诉人们，这层大气是在逐年减弱，还是不断得到补充。

图4｜2002 XV93的当前位置和轨道示意：黄色圆点与轨道线表示该天体，绿色线条表示行星及冥王星轨道，绿色带状区域表示柯伊伯带。（制作：三上真世；图片：日本国立天文台）

资料来源与说明

日本国立天文台：《冥王星以外で初めて、太陽系外縁天体に大気を発見》，2026年5月5日。https://www.nao.ac.jp/news/science/2026/20260505-prc.html

研究详细资料：《20260505-prc-detail.pdf》（用户提供，共10页）。

Ko Arimatsu 等：《Detection of an atmosphere on a trans-Neptunian object beyond Pluto》，Nature Astronomy，2026年5月4日（英国当地时间）。DOI：10.1038/s41550-026-02846-1。

本文为依据上述资料独立撰写的科普文章，而非日文原文逐字译稿。图片完整保留资料中的原图及原有署名；发布或转载时须遵守原权利方的图片使用规定。

责任编辑：甘林

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由阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵拍摄的M83

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