有史以來最大的彗星之一正朝著我們的方向前進
伯納迪內利-伯恩斯坦彗星(C/2014 UN271 Bernardinelli-Bernstein)是一顆潛在大型奧爾特雲(Oort cloud)彗星,由天文學家佩德羅·伯納迪內利(Pedro Bernardinelli)和加里·伯恩斯坦(Gary M. Bernstein)在暗能量巡天照片中發現 。2014年10月20日彗星首次發現時,距離太陽29個天文單位,幾乎與海王星的軌道一樣遠,也是至今為止發現最遠的一顆彗星。它的出現為天文學家提供了一個難得的機會,來研究來自太陽系極端邊緣的天體。
然而,研究人員需要將近七年的時間才能將那個奇怪的光點識別為一顆巨大的原始彗星,這可能是現代望遠鏡研究過的最大的彗星。
現時在美國華盛頓大學博士後研究員佩德羅·伯納迪內利 (Pedro Bernardinelli) 說:「我的電話並沒有停止響鈴,我沒想到天文界對這個發現給予了熱烈的歡迎。」伯納迪內利如當時的顧問加里伯恩斯坦在美國賓夕法尼亞大學進行研究,他在博士學位的最後幾週共同發現這顆彗星。
彗星的核心大約有150公里。這是至今為止對彗星的最大尺寸估計。相比之下,歐洲太空總署的羅塞塔號(Rosetta)太空船在2014年至2016年在軌道上運行的楚留莫夫-格拉希門克彗星(67P/Churyumov–Gerasimenko)彗星只有4公里大。
伯納迪內利-伯恩斯坦彗星的大小甚至可能與一些歷史上的大彗星並列,其中包括一顆非常明亮的彗星,可能是巨大的C/1729 P1彗星,它於1729年進入內太陽系。
在接下來的十年中,伯納迪內利-伯恩斯坦將在接近內太陽系時繼續變得更亮。彗星將在2031年1月21日最接近太陽,屆時這顆彗星將進入距離太陽約16億公里範圍內,比土星的平均距離略遠。然後它將開始離開到太陽系的外部區域,至少在2040年代仍然可見。
彗星在太陽強光下蒸發時釋放的氣體量,伯納迪內利-伯恩斯坦彗星在夜空中的亮度可能與土星最大的衛星土衛六(Titan)一樣明亮。如果是這樣,這顆彗星應該在2031年用中、小型望遠鏡可見。
天文學家計算出這顆彗星需要數百萬年才能繞太陽一圈。只有三顆這樣的長周期彗星在從奧爾特雲進入的途中發現,而伯納迪內利-伯恩斯坦彗星在距離超過43億公里的時候發現。因為它很早已經發現,現代的天文學家有機會解開它的奧秘。
伯納迪內利和伯恩斯坦發現彗星後,經過反覆驗證在,2021年6月19日,國際天文聯會才確認該物體為新發現的天體。五天後,這顆天體確認為彗星,並以兩人的名字命名為伯納迪內爾-伯恩斯坦彗星。
彗星發現的消息迅速傳開。幾天之內,世界各地的天文學家開始將他們的望遠鏡追蹤這顆彗星,並在他們的檔案中搜尋任何其他未被注意到的圖像。研究人員很快發現這顆彗星早在2010年就隱藏在檔案的數據之中,從而提高了它已知軌道的準確性。
在宣佈這個消息後的24小時內,多個天文學家團隊已經確認這顆彗星正在釋放足夠的塵埃和氣體,形成可見的彗髮或彗尾,儘管它距離太陽仍然超過32億公里。
彗星在接近太陽熱量之前不會釋放出太多物質,這會導致凍結的化合物直接昇華成氣體。然而,伯納迪內利-伯恩斯坦彗星似乎產生大量氣體的揮發物,即使在海王星以外的寒冷太空之中也開始昇華。觀測結果顯示,這顆彗星過去不可能在內部太陽系中花費太多時間受熱,從而使它仍然具有誕生時的原始狀態。
關於它的彗尾的更多線索來自凌日系外行星巡天衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,簡稱 TESS) 在2018年和2020年拍攝的照片,這是一支由美國太空總署運營的系外行星巡天太空望遠鏡,它也捕捉到這一顆即將到來的彗星照片。奇怪的是,凌日系外行星巡天衛星數據中的彗星比暗能量巡天圖像中的要明亮得多。研究小組意識到,凌日系外行星巡天衛星的像素覆蓋天空區域比暗能量巡天的像素要大得多,這意味著彗星一定是在釋放一個巨大的、極其分散的尾巴。
伯納迪內利和伯恩斯坦回顧了暗能量巡天數據,將許多彗星的圖像疊加起來,試圖識別彗星的尾巴。最終,他們在數據中發現一個極其微弱的訊號,從而得知這顆彗星在距離太陽38億公里時已經開始釋放氣體,這個位置比天王星的平均距離遠近40%。
通過追踪彗髮隨時間的變化,以及彗星接近太陽時的亮度,伯納迪內利的研究團隊開始模擬彗星的化學成分。他們發現,鑑於在這個極端距離處的陽光是多麼微弱,彗星必須要釋放出二氧化碳,或者釋放出氮氣,又或者兩者都有。
科學家已經在集思廣益,如果使用太空船去探訪伯納迪內利-伯恩斯坦彗星需要什麼項目。目前,還沒有正式的任務在進行之中,但如果各國的太空機構迅速行動,不遲於2029年發射飛掠彗星的探測太空船,可能會在2033年攔截到這顆彗星。
研究人員還在努力破譯這顆彗星過去在太陽系中的運行軌道,以確定它曾經被太陽改變了多少次。伯納迪內利和伯恩斯坦的團隊計算出,到2031年,這顆彗星將是至少300萬年以來它距離太陽最近的一次。
然而,深入了解過去是極其困難的。奧爾特雲彗星距離我們很遠,它們的軌道可以被經過的恆星推動,這意味著模擬它們的軌道需要繪製恆星在銀河系中的運動圖。新的數據顯示,只要有一顆特別麻煩的恆星在附近,已經可以破壞追蹤彗星軌道的任何努力。
幾年來,研究人員已經知道,大約在280萬年前,一顆編號HD 7977的類太陽恆星經過太陽系。但沒有人知道它究竟飛過那裡,甚至不知道HD 7977經過了太陽系的那一邊。
這種不確定性意味著人們對這顆恆星對奧爾特雲彗星的重力牽引知之甚少,這可能對伯納迪內利-伯恩斯坦彗星最後一次接近太陽的時間以及它與太陽的距離有多近產生重大影響。
隨著彗星越來越近,新的觀測也可能改變它估計的大小。150公里的估計是基於它當前的亮度,以及彗星釋放的塵埃和氣體的模型。但是使用這種方法計算彗星大小是一項棘手的工作。如果彗星的排氣模型不完整,那麼彗核可能看起來比實際大。
好消息是,伯納迪內利-伯恩斯坦彗星給世界的天文學家罕見的時間機會。智利的薇拉·魯賓天文台(Vera C. Rubin Observatory)天文台如果準時在2023年啟用,至少在未來十年甚至更長時間內都能夠追蹤這顆彗星。使用最先進的望遠鏡將改變我們對太陽系的看法,並且可能發現更多像伯納迪內利-伯恩斯坦這樣的彗星。
【圖、文:節譯自暗能量巡天網頁/維基百科】研究全文刊登在2022年1月31日出版的 arXiv 論文預印本網站;標題是:Size and albedo of the largest detected Oort-cloud object: comet C/2014 UN 271 (Bernardinelli-Bernstein)