用太空船追上半人馬天體讀取太陽系形成演化歷史


在木星軌道和海王星軌道之間,潛伏著數以萬計由冰塊和岩石組成的小天體。 這些小天體偶然會受到木星重力擾動的影響,吸入太陽系內部,飛向太陽和地球。這類小天體是許多木星族彗星和近地彗星的來源,由於其同時具有小行星和彗星的特徵,因此命名為半人馬天體。

美國芝加哥大學的天文學家稱這些鄰近木星的半人馬天體或能為揭曉太陽系奧秘提供重要線索。 研究人員稱,通過深入分析半人馬天體,他們發現太陽系實際上是一個充滿活力的行星系統,並且一直處於變化狀態。

太陽系的形成始於四十六億年前的一片原始星雲,後經吸積、聚合、演化,星雲內的原始物質有的合併成了八大行星,有的仍然鬆散分佈在太空的幾個帶狀區域。

這些帶狀區域內的小天體是太陽系早期演化遺留下的證據,太陽系中的絕大部分小行星,是原始太陽星雲的星子,這些星雲在太陽形成初期就存在。

位於海王星軌道之外的古柏帶便是這樣一個區域,其中大約有十萬個直徑超過一百公里的天體,古柏帶內的天體主要由凍結的低沸點混合物構成,主要成分是水、氨和甲烷。 在火星與木星之間也存在一個小行星帶,這裡的天體主要是由岩石和金屬構成。

半人馬天體是指軌道半長軸和近日距都在木星軌道和海王星軌道之間的一類小天體。 大部分半人馬天體起源於古柏帶。 近幾百萬年,它們的軌道發生了變化,成為如今的半人馬天體。中國科學院紫金山天文台副研究員史建春指出,目前人類已經發現了四百五十二顆半人馬天體,第一顆發現的半人馬天體名為944 Hidalgo,於1920年由德國天文家發現,目前最大的半人馬天體10199 Chariklo直徑約二百六十公里,於1997年由美國天文學家發現。

約一個世紀的光陰,為何只有四百五十二顆半人馬天體找到它們的踪跡? 史建春解釋:「半人馬天體距離地球比較遠,近日點在木星軌道外,也就是說,距地球最近的時候也在木星軌道外,再加上體積一般比較小、亮度比較暗,所以比較難發現。」

一些半人馬天體會呈現出類似彗星一樣的活動性,會有彗髮和彗尾。彗星一般由彗核、彗髮、彗尾三個部分組成。彗核由冰物質構成,當彗星接近太陽時,彗星物質昇華,在冰核周圍會形成一團看起來毛茸茸的彗髮和一條長長的彗尾。

因為半人馬天體長期在木星之外,所以附著在天體上的揮發性成分較多,如一氧化碳冰和二氧化碳冰,當溫度升高易揮發氣體冰昇華後,裹挾在天體表面的塵埃就會釋放出來,經太陽光反射,形成了我們看到的類似彗星的彗髮和彗尾。

這些物質非常古老,包含著太陽系早期從未被融化過的冰。彗星之所以有趣,不僅是因為它們很漂亮,還因為它們可以為人類提供一種探測遙遠太陽系物質化學成分的方法。

在此次研究中,天文學家研究半人馬天體的數量,以及這些天體偶然會成為飛往太陽的彗星的機制。 他們估計,大約一半的半人馬彗星是通過與木星和土星的軌道相互作用而被推入太陽系內部的;另一半由於太靠近木星,被困在木星的軌道上,然後因木星重力擾動的影響被甩向太陽系的中心。

後一種機制為更好地觀察這些即將成為彗星的半人馬天體,提供了一個完美的方法,正如這項研究所提出的,向木星發射一艘太空船,讓它在木星軌道上運行,直到半人馬天體穿越木星的軌道。 然後太空船可以在半人馬天體朝太陽飛去、變成彗星的過程中進行觀測。

史建春認為這種守株待星的想法並非異想天開。在木星軌道上等待半人馬天體的方法確實可行。人類目前發射太空船的技術已經相當成熟,派遣太空船抵達木星並不困難。

彗星中的冰由不同類型的分子和氣體組成,它們在到達太陽的過程中在不同的點開始燃燒;太空船就飛行在彗星身邊,看著彗星的形成過程,並通過測量彗尾了解彗星是由什麼組成。

通過這種方法,天文學家可以弄清楚典型的彗星冰層在什麼時候開始燃燒以及彗星的詳細內部結構,從地面望遠鏡中弄清楚這些的希望非常小。

同時,彗星的表面也會隨著溫度的升高而發生噴發,形成隕石坑等。了解這些現象,將幫助天文學家更好的了解太陽系。 這對理解太陽系中如何形成類地行星等事情很重要。通過跟踪、觀測一顆半人馬天體從小行星變成彗星、發育出彗髮和彗尾的過程,有助於研究彗星的活動機制和早期太陽系中水和其他物質的成分分佈,進而揭開太陽系的形成和演化歷史。

【圖:維基百科;文:節錄自科學網頁;新聞資訊由林景明提供】

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