太阳系“半人马小天体”29P/Schwassmann-Wachmann 1观测到气体喷流 _科学

据台北市立天文科学教育馆网站（编译段皓元）：天文学家利用詹姆斯. 韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）观测了太阳系内的「半人马小天体」29P/Schwassmann-Wachmann 1（简称29P），捕捉到了之前未曾观测到的气体喷流。这一发现有助于我们深入了解半人马小天体以及行星形成的过程。
「半人马小天体」之所以得名，是因其特征兼具小行星和彗星的性质，像是混合体，犹如古希腊神话中的半人马。这类天体处于一个天体动力学的过渡阶段，由于受到行星微弱的重力扰动，它们逐渐从海王星外的稳定轨道（即寒冷的柯伊伯带）向内太阳系移动。半人马小天体逐渐从稳定的小行星状态转变为活跃的彗星状态，最终可能成为短周期彗星。在外太阳系冰冻环境中，这些天体已保存了数十亿年。当它们开始解冻时，我们得以观测其喷发或挥发出的物质，这有助于检视太阳系形成时的重要线索，并研究其从外太阳系的冰冻原始状态进化为彗星的过程。
29P是最著名的半人马小天体之一，以其规律的周期性喷发闻名。大约每六到八周，29P就会出现活跃喷发，成为外太阳系中最活跃的天体之一。最新的韦伯望远镜观测显示，研究团队发现了29P新的一氧化碳（CO）喷流，并首次观测到之前未见的二氧化碳（CO2）喷流，这为理解29P的内部结构提供了新线索。先前的无线电波段观测数据显示，29P存在一股朝向太阳（及地球）的CO喷流。借助韦伯望远镜的红外线观测，科学家得以更灵敏地探测其他化学物质，包括水（H2O）和CO2，而CO2是太阳系中碳的主要储存形式之一。然而，目前尚未在29P的大气中发现明显的水蒸气，这可能与其极低的温度有关。

半人马小天体29P/Schwassmann-Wachmann 1的喷发活动示意图。Credits: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)
研究团队基于观测资料创建了29P喷流的三维模型，模型显示CO和CO2喷流来自29P核心的不同区域。虽然韦伯望远镜无法直接解析29P的核心结构，但喷流的方向暗示核心可能由多个成分不同的天体聚合而成。29P表面上CO和CO2的丰度差异显著也进一步支持了29P可能由多个部分构成的假设，或许是由两个天体聚合形成的混合体，这些天体经历了不同的形成过程。这一发现挑战了我们对于柯伊伯带中原始天体形成和保存方式的理解。目前，韦伯望远镜的观测犹如一张瞬间的快照，研究团队希望未来能长期追踪29P 。长期观测这些喷流将使我们更深入了解其喷发机制。此次的研究成果已发表于《自然》（Science）期刊（Faggi et al. 2024）。

半人马小天体29P/Schwassmann-Wachmann 1的三维模型。Credits: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Sara Faggi (NASA-GSFC, American University)
半人马小天体可视为行星系统形成过程的遗迹。由于它们长期储存在极低温环境中，保存了早期太阳系中挥发性物质的信息。韦伯望远镜以其卓越的分辨率和灵敏度，为我们打开了研究半人马小天体的新大门。透过对这些天体的深入研究，我们将能更全面地理解太阳系的形成与演化。