天文学家对名字拗口的 67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星了解越多,就越觉得它奇怪。这颗冰冷的流浪者目前是欧洲航天局“罗塞塔”探测器的宿主,该探测器大约在一年前进入了彗星轨道。从那时起,该航天器及其机器人着陆器“菲莱”揭示了大量关于彗星的新见解——其中许多是相互矛盾的。现在,科学家们正在分析这些数据,感到困惑,想知道 67P 究竟是如何获得其奇异的特征组合的,特别是其看似不协调的化学成分和形状。解开这个谜团可能会颠覆科学家们对这颗彗星的理解,甚至是对整个太阳系历史的理解。
关于像 67P 这样的彗星的传统观点是,它们是 45 亿年前太阳系形成时遗留下来的未触及的遗迹——是没有融入我们太阳系主要行星的剩余物质碎片。这种看法部分基于它们明显的化学成分,其中往往包含大量的挥发性化学物质,这些物质在受热时很容易升华到太空中。这种观点认为,它们今天仍然保留着这些物质,表明它们随着时间的推移相对没有变化,并且以某种方式逃脱了与其他太空岩石的撞击,否则这些撞击会烧掉这些化合物。“罗塞塔”号在 67P 上的测量结果支持了这一观点。该航天器观测到彗星上存在一氧化碳和分子氮——如果 67P 发生过任何重大的碰撞事故,这些化学物质应该早已消失。
然而,67P 拥有一个非常奇特的形状,这与它代表着遥远过去的原始遗迹的观点相矛盾。它的形状让人联想到一只鸭子,两个圆形的瓣状物分别代表头部和身体,中间由细长的颈部连接。如此脆弱的结构表明,它不可能以这种状态在充满碎屑的太阳系中游荡数千年,因为反复的撞击会摧毁它。瑞士伯尔尼大学物理研究所所长维利·本茨本月早些时候在檀香山举行的国际天文学联合会大会上说:“你真的不需要太大的力气就能弄断这东西的脖子。” “它不太可能已经这样存在了 45 亿年。”他和其他人怀疑 67P 实际上是一个较小的碎片,是在最近与另一块岩石碰撞中从一个曾经更大的天体上脱落下来的。这种解释显然与 67P 避开了撞击的说法相矛盾。“我相信,”本茨说,“解决这个悖论将深刻地探究我们对太阳系起源的理解。”
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这并非研究人员首次重新考虑彗星作为遗迹的理论。越来越多的证据表明,早期的太阳系是一个混乱的地方,挤满了行星碎片,这些碎片经常撞击在一起。虽然这种矛盾引发了关于彗星总体生存能力的问题,但在 67P 的案例中,由于该天体的极端形状,这种情况更加严重,本茨说。法国尼斯天文台的天文学家亚历山德罗·莫比代利研究像 67P 这样的天体的动力学,他说他认为这颗彗星是一个从更大的天体上断裂下来的碎片。“如果我们找到令人信服的证据表明 67P 不是碰撞碎片,那么当前的太阳系形成和演化模型就必须进行修改,”他说。
或者,也许即使在传统理论下,也需要调整我们对彗星的理解。例如,彗星挥发物的持久性可能比科学家们通常认为的要强。“也许有一种方法可以在不将其加热太多的情况下破坏一个大型冰球——而不会损失所有困在冰中的挥发物,”本茨建议。“我们需要模拟或实验室工作来观察一个物体需要多大的冲击才能失去其挥发物。”
67P 奇特的形状也可能是由碰撞以外的其他过程造成的,例如侵蚀,这可能会磨损掉它的一些体积,从而使细长的颈部暴露出来。然而,地球上类似的形状出现在易受侵蚀的地形(如石灰岩)旁边,与花岗岩等较硬的岩石并排时会发生磨损。这种类型的岩层在彗星上很少见,因此很难解释 67P 如何被侵蚀形成鸭子形状。
幸运的是,对于天体侦探来说,“罗塞塔”号仍在收集新的数据,这些数据可以帮助填补空白。该任务名义上计划持续到 12 月,如果航天器继续运行良好,可能会持续更长时间。未来的测量非常有价值,因为很少有彗星受到如此近距离的检查。科学家们对 67P 了解得越多,他们就越有可能推断到其他案例,并拼凑出更连贯的太阳系和彗星形成图景。“这是第一个使我们能够在彗星轨道有趣部分的大部分时间内实时研究彗星演化的任务,”本茨说。“它实现了前所未有的分辨率,到目前为止,只进行了最初的分析。”