比利時天文學家發現太陽系內及星際彗星都含有重金屬蒸氣

比利時列日大學（University of Liège）天體物理學家珍·曼弗德（Jean Manfroid）領導的研究小組，使用歐洲南方天文台甚大望遠鏡（Very Large Telescope）數據進行的一項新研究發現，鐵和鎳存在於整個太陽系的彗星大氣中，甚至是星際彗星的大氣中也存在。波蘭小組的另一項研究也使用了歐洲南方天文台數據，該研究報告說冰冷的鮑里索夫星際彗星（2I/Borisov）中也存在鎳蒸氣。這是首次在遙遠的彗星寒冷大氣中發現通常與高溫環境有關的重金屬。

曼弗德表示，在過去二十年中，我們在所有觀測到的彗星的大氣中檢測到鐵和鎳原子，這是一個很大的驚喜，其中大約有二十顆，在寒冷的太空環境中，甚至在距離太陽很遠的地方也是如此。

天文學家知道，彗星鬆散的岩石內部存在重金屬。但是，由於固態金屬通常在低溫下通常不會昇華（由固態直接變成氣態），因此他們並不希望在遠離太陽的冷彗星大氣中找到它們。現在甚至在距太陽超過四億八千萬公里的彗星中發現鎳和鐵蒸氣，是地球與太陽之間距離的三倍以上。

比利時小組發現彗星大氣中的鐵和鎳含量大致相等。我們太陽系中的物質，例如：在太陽和隕石中發現的，通常所含的鐵比鎳多十倍。因此，這項新結果對天文學家對早期太陽系的理解具有影響，儘管該小組仍在對所得數據進行解釋。

列日大學另外一位研究團隊成員艾曼紐·傑因（Emmanuel Jehin）說：「彗星形成於大約四十六億年前，在非常年輕的太陽系中形成，形成以來一直沒有改變。從某種意義上說，它們就像是天文學家的化石。

比利時團隊使用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡研究這些化石物體已有近二十年的時間，但直到現在他們才發現彗星大氣中存在鎳和鐵。傑因指出，這項發現已經引起人們關注很多年。

該團隊使用了歐洲南方天文台甚大望遠鏡上的紫外線和視覺階梯光譜儀（Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph）儀器中的數據，該儀器使用一種稱為光譜學的技術來分析距太陽不同距離的彗星大氣。這項技術使天文學家能夠揭開宇宙物體的化學組成：每種化學元素在物體發出的光譜中都留下獨特的光譜線。

比利時小組在她們的紫外線和視覺階梯光譜儀數據中發現了弱，無法識別的光譜線，並且在仔細檢查後發現，它們顯示存在鐵和鎳的中性原子。重元素難以識別的原因是它們的數量很少：研究小組估計，彗星大氣中每0.1公噸水只有1克鐵，而鎳的含量也差不多。

同是列日大學比利時小組成員的達米安·赫西梅克斯（Damien Hutsemékers）解釋：「通常，鐵比鎳多十倍，在這些彗星大氣中，我們發現兩種元素的含量相同。我們得出的結論是，它們可能來自於彗核表面上一種特殊的物質，昇華到相當低的溫度，並以相同的比例釋放出鐵和鎳。」

儘管研究小組尚不確定這可能是什麼材料，但天文學的進步將使研究人員能夠確定在這些彗星的大氣中發現的鐵和鎳原子，是什麼物質的來源。

【圖：歐洲南方天文台；文：節譯自比利時列日大學2021年5月19日新聞公佈】研究全文刊登在2021年5月19日出版的《自然》期刊