原则上,彗星和小行星之间的区别是明确的,这体现在词语本身中。“彗星”一词源于希腊语,意思是“长发”,而“小行星”大致意思是“像星星”。所以答案就在这里:彗星是模糊的,而小行星是离散的光点。这些定义也暗示了成分差异:彗星是冰冷的,这导致它们在靠近太阳时会解体,而岩石小行星则更坚固一些。
然而,近年来,天文学家已经看到小行星可以突然呈现出彗星的外观,包括模糊的头部和长长的尾巴。天文学家称它们为主带彗星,因为它们表现出类似彗星的特征,但在火星和木星之间的小行星带内运行。(彗星起源于外太阳系中更遥远的区域。)
对于小行星如何伪装成彗星的解释通常涉及某种扰动,例如较小的物体与小行星碰撞并喷射出碎片云,或者当阳光蒸发内部的冰袋时,小行星部分解体。然而,一颗新发现的主带彗星看起来与众不同。天文学家尚未解释它的特征,这些特征不仅包括一条尾巴,还包括本应是单个头部的一簇碎片。“即使在主带彗星的广泛范围内,这颗彗星也是不寻常的,”加州大学洛杉矶分校的天文学家大卫·杰维特说。“对于我们所看到的情况,肯定没有任何伟大的理论。”
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这颗被命名为 P/2013 R3 的主带彗星于 9 月在两个天文台被发现:亚利桑那州的卡特琳娜巡天系统和夏威夷的 Pan-STARRS 1 望远镜。迄今为止只发现了大约十几颗主带彗星,因此天文学家迅速使用世界上最大的望远镜来更好地观察这个罕见的天体。杰维特使用夏威夷的 10 米凯克 1 号望远镜检查了 P/2013 R3,而加那利群岛天体物理研究所的天体物理学家哈维尔·利坎德罗和他的同事使用了该机构的 10.4 米加纳利大型望远镜。两者都看到该天体与迄今为止发现的所有其他主带彗星不同。“我们观察到的是,该天体不是一个带有尾巴的单一核心,”利坎德罗说。他和他的同事已经确定了四个不同的部分:两个靠近主要的明亮核心,另一个在尾部。“这是首次发现其中一颗主带彗星分裂成碎片,”他说。
可能还有更多的碎片等待被发现,这就是为什么杰维特和他的同事已获得哈勃太空望远镜的使用时间,以便获得更清晰的视野。“我们从地面上看到了三到四块碎片,但谁知道我们用哈勃太空望远镜会看到什么?”杰维特说。
哈勃望远镜的观测也可能有助于解释最近发生了什么,将一颗不起眼的小行星变成了一颗主带彗星。杰维特说,他从凯克获得的初步数据表明,P/2013 R3 看起来很像一颗分裂的彗星,或者一颗已经分裂成多块碎片的彗星。对于分裂彗星的标准解释是彗星冰直接升华为蒸汽,这会喷出气体和尘埃,形成普通彗星模糊的头部和尾巴,但有时也会吹出彗星核的大块碎片。“然而, mystery 的是,这个天体并没有失去那么多质量。它相当微弱,”杰维特补充道。“有点难以解释为什么升华会这样分裂核心。”
另一种可能性是,小行星在吸收和再发射太阳辐射后开始加速旋转,以至于解体。“非常小的小行星可以加速它们的自转,”利坎德罗解释说。“如果结构不是很稳固,像一堆碎石,那么如果让它旋转太快,它就会开始喷射物质。”但杰维特指出,快速旋转的解释也有一个不利之处。“我们没有看到任何证据表明需要快速旋转,”他说。
另一颗大约四年前长出尘埃尾巴的小行星可能为了解新发现的主带彗星的起源提供一些见解,但这种解释也有点令人担忧。一颗先前未被发现的小行星在 2010 年初变态成主带彗星 P/2010 A2,这可能是由较小的天体撞击小行星造成的,将尘埃碎片云喷射到太空。但杰维特说,这种撞击驱动的喷发“根本不像这样”。“它们从撞击点喷出碎片,但它们不会像这样分裂出伴星。”
天文学家对主带彗星的着迷不仅仅是对看到非同寻常的事物的好奇心。这些古怪的天体模糊了彗星和小行星之间的区别,并挑战了天文学家关于它们行为方式的假设。“一颗看起来像小行星的天体表现得像一颗彗星,这非常令人震惊,”杰维特说。“这是一个事实,但不知何故又是错误的。”
长期以来,人们认为彗星的冰冷构成使它们与众不同。“我们之前的想法是[小行星]是岩石状、金属物体,”利坎德罗说。“但似乎我们有一个内部可能含有冰的群体。”确定哪些小行星含有冰以及含量多少,可以帮助行星科学家确定行星形成期间太阳系中的条件。它还可以帮助追溯地球上最重要的水的起源。“我们迄今为止的想法是,我们海洋中的大部分水来自彗星,”利坎德罗说。“但它也可能来自小行星,小行星的碰撞频率远高于彗星。”