天文學家對名字拗口的 67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星瞭解越多,就越覺得它奇怪。這顆冰冷的流浪者目前是歐洲航天局“羅塞塔”探測器的宿主,該探測器大約在一年前進入了彗星軌道。從那時起,該航天器及其機器人著陸器“菲萊”揭示了大量關於彗星的新見解——其中許多是相互矛盾的。現在,科學家們正在分析這些資料,感到困惑,想知道 67P 究竟是如何獲得其奇異的特徵組合的,特別是其看似不協調的化學成分和形狀。解開這個謎團可能會顛覆科學家們對這顆彗星的理解,甚至是對整個太陽系歷史的理解。
關於像 67P 這樣的彗星的傳統觀點是,它們是 45 億年前太陽系形成時遺留下來的未觸及的遺蹟——是沒有融入我們太陽系主要行星的剩餘物質碎片。這種看法部分基於它們明顯的化學成分,其中往往包含大量的揮發性化學物質,這些物質在受熱時很容易昇華到太空中。這種觀點認為,它們今天仍然保留著這些物質,表明它們隨著時間的推移相對沒有變化,並且以某種方式逃脫了與其他太空岩石的撞擊,否則這些撞擊會燒掉這些化合物。“羅塞塔”號在 67P 上的測量結果支援了這一觀點。該航天器觀測到彗星上存在一氧化碳和分子氮——如果 67P 發生過任何重大的碰撞事故,這些化學物質應該早已消失。
然而,67P 擁有一個非常奇特的形狀,這與它代表著遙遠過去的原始遺蹟的觀點相矛盾。它的形狀讓人聯想到一隻鴨子,兩個圓形的瓣狀物分別代表頭部和身體,中間由細長的頸部連線。如此脆弱的結構表明,它不可能以這種狀態在充滿碎屑的太陽系中游蕩數千年,因為反覆的撞擊會摧毀它。瑞士伯爾尼大學物理研究所所長維利·本茨本月早些時候在檀香山舉行的國際天文學聯合會大會上說:“你真的不需要太大的力氣就能弄斷這東西的脖子。” “它不太可能已經這樣存在了 45 億年。”他和其他人懷疑 67P 實際上是一個較小的碎片,是在最近與另一塊岩石碰撞中從一個曾經更大的天體上脫落下來的。這種解釋顯然與 67P 避開了撞擊的說法相矛盾。“我相信,”本茨說,“解決這個悖論將深刻地探究我們對太陽系起源的理解。”
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這並非研究人員首次重新考慮彗星作為遺蹟的理論。越來越多的證據表明,早期的太陽系是一個混亂的地方,擠滿了行星碎片,這些碎片經常撞擊在一起。雖然這種矛盾引發了關於彗星總體生存能力的問題,但在 67P 的案例中,由於該天體的極端形狀,這種情況更加嚴重,本茨說。法國尼斯天文臺的天文學家亞歷山德羅·莫比代利研究像 67P 這樣的天體的動力學,他說他認為這顆彗星是一個從更大的天體上斷裂下來的碎片。“如果我們找到令人信服的證據表明 67P 不是碰撞碎片,那麼當前的太陽系形成和演化模型就必須進行修改,”他說。
或者,也許即使在傳統理論下,也需要調整我們對彗星的理解。例如,彗星揮發物的永續性可能比科學家們通常認為的要強。“也許有一種方法可以在不將其加熱太多的情況下破壞一個大型冰球——而不會損失所有困在冰中的揮發物,”本茨建議。“我們需要模擬或實驗室工作來觀察一個物體需要多大的衝擊才能失去其揮發物。”
67P 奇特的形狀也可能是由碰撞以外的其他過程造成的,例如侵蝕,這可能會磨損掉它的一些體積,從而使細長的頸部暴露出來。然而,地球上類似的形狀出現在易受侵蝕的地形(如石灰岩)旁邊,與花崗岩等較硬的岩石並排時會發生磨損。這種型別的岩層在彗星上很少見,因此很難解釋 67P 如何被侵蝕形成鴨子形狀。
幸運的是,對於天體偵探來說,“羅塞塔”號仍在收集新的資料,這些資料可以幫助填補空白。該任務名義上計劃持續到 12 月,如果航天器繼續執行良好,可能會持續更長時間。未來的測量非常有價值,因為很少有彗星受到如此近距離的檢查。科學家們對 67P 瞭解得越多,他們就越有可能推斷到其他案例,並拼湊出更連貫的太陽系和彗星形成圖景。“這是第一個使我們能夠在彗星軌道有趣部分的大部分時間內即時研究彗星演化的任務,”本茨說。“它實現了前所未有的解析度,到目前為止,只進行了最初的分析。”