太阳天鹅之歌:NASA 卫星见证彗星坠入太阳

一颗太阳观测航天器首次追踪到一颗彗星完整地进入太阳大气层的路径

作为戏剧性的谢幕,这堪比《奇爱博士》结尾时 T. J. “金”·刚少校像骑野牛一样骑着一枚坠落的核弹。一颗 NASA 航天器记录了一颗彗星的陨落,它以每秒 600 公里的速度冲向太阳,在太阳大气层内解体并汽化。

这颗彗星名为 C/2011 N3 (SOHO),于 7 月 6 日迎来了它火热的命运。该天体的官方名称表明它是太阳和太阳风层探测器 (SOHO) 航天器在 2011 年 7 月初发现的。许多彗星都面临类似的结局,但天文学家和太阳物理学家从未能够追踪到一颗彗星完整地进入太阳日冕(太阳大气层的最外层)深处的轨迹。

借助另一颗航天器——NASA 的太阳动力学天文台 (SDO),它于 2010 年发射——一组科学家得以见证这颗彗星生命的最后几分钟。对 C/2011 N3 解体的观测使研究人员能够估计彗星的质量及其彗核的大小;未来类似的事件可能会为彗星的起源提供线索,并探测太阳附近难以探索的条件。该研究团队在 1 月 20 日出版的《科学》杂志上发表了他们的发现。


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SOHO 已经在太阳附近发现了 2000 多颗彗星,其中大部分要归功于无偿的业余天文学家,他们梳理来自航天器的图像。大多数掠日彗星,如 C/2011 N3,都属于克鲁兹族彗星,据信它们起源于过去几千年内解体的一个单一母体。这些彗星中最小的在靠近太阳之前就被太阳摧毁了,因此对于克鲁兹族彗星来说,C/2011 N3 相当大,其彗核直径为 10 到 50 米。

“它一定很大,”首席研究作者卡罗勒斯·施赖弗说,他是位于加利福尼亚州帕洛阿尔托市洛克希德·马丁先进技术中心的太阳物理学家。这颗彗星的大小不仅使其能够在太阳大气层深处生存,而且还使其在冲向太阳的过程中受到密切关注。“这被认为是一颗特别明亮的彗星,”施赖弗说。“那天早上,当它接近太阳时,我说,‘好吧,让我们看看我们是否能看到它。’”

SDO 上的大气成像相机确实能够追踪到这颗入站彗星,观察到它在约 20 分钟的紫外线条纹中冲向太阳,然后消失。那时,这颗彗星距离太阳表面仅约 10 万公里,并已分裂成许多碎片,进一步加速了它的汽化。

“(在那一点)的温度非常高,以至于物质都在蒸发,”洛厄尔天文台和约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的天文学家马修·奈特说,他没有参与这项新的研究。“不仅仅是气体和冰,还有重元素。”

彗星在太阳大气层中的完全湮灭让施赖弗和他的同事们估计了在此过程中损失了多少物质。“因为它消失了,我们实际上可以测量它的质量,”施赖弗说。研究人员估计,这颗彗星可能在其坠落过程中损失了多达 6000 万公斤的物质——大约是泰坦尼克号的质量。但这颗彗星的成分尚不清楚。“我们仍在努力了解是什么在发光,”他说。用于追踪 C/2011 N3 的成像仪对铁最敏感,但施赖弗指出,这种光芒也可能是由碳或氧产生的。

彗星保留了一些来自太阳系诞生的残留物质,因此它们的成分可以为行星形成提供重要的线索。更重要的是,彗星的坠落提供了一个自然的实验,不仅可以确定它的性质,还可以确定太阳日冕内的条件,其中大部分是通常不可见的。“让这颗彗星进来告诉我们太阳系中最古老的物质,并探索这个你无法以其他方式看到的区域,这是一件非常棒的事情,”施赖弗说。

最近一次彗星的经过可能会进一步阐明克鲁兹族天体的性质及其与太阳大气层的相互作用。12 月,一颗名为 C/2011 W3 (Lovejoy) 的彗星实际上在与太阳相遇后幸存下来,并继续沿着其轨道运行,尽管它可能在此过程中部分解体。它以其发现者,澳大利亚业余天文学家特里·洛夫乔伊的名字命名。

“这是自 1965 年以来我们见过的最壮观的掠日彗星,”奈特说。“它存活了多久告诉我们它比其他彗星更大。”与几个月前的 C/2011 N3 一样,SDO 的相机记录了这次太阳之约。奈特补充说,他和他的同事们仍在尽可能动用望远镜跟踪洛夫乔伊彗星,试图在对这次相遇得出任何重大结论之前了解它的性质。“我们都在努力理解我们获得了多少数据,”他说。

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