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专家解读小行星缘何长尾巴特定条件所致

2018-11-02 12:48:30

专家解读小行星缘何“长”尾巴:特定条件所致

近日,哈勃空间望远镜发现了一颗奇怪的小行星——P/2013 P5,这一在介于火星和木星轨道之间的奇特小行星,就像一台宇宙中的草坪洒水器一样,向太空中喷射出由尘埃构成的6条尾巴。一般人们认为彗星才会有尾巴,小行星是没有尾巴的,但近一些观测显示小行星也有尾巴,这是否是普遍现象,小行星长尾巴究竟是怎么回事?

有尾巴小行星并不是彗星

小行星长尾巴是否普遍尚无定论

众所周知,彗星一般有尾巴,那么长尾巴的小行星是不是就是彗星呢?中国科学院国家天文台研究员王俊杰告诉科技,虽然都有尾巴,但是小行星和彗星完全是两种不同的天体。

“小行星是太阳系形成后的物质残余,是由不规则形状的岩石和铁、镍等金属组成的固态天体,其体积和质量比行星小得多,类似行星环绕太阳运动。”王俊杰说,太阳系中大部分小行星的运行轨道在火星和木星之间,因此这一地区被称为小行星带。由于其中一些小行星的运行轨道与地球轨道相交,因此曾有一些小行星与地球发生过碰撞。

另外,在海王星以外的空间轨道上也分布有小行星,这片地带被称为柯伊伯带。至今为止在太阳系内已经发现了约70万颗小行星,但这可能仅是所有小行星中的一小部分。有一种推测认为,小行星带中的小行星可能是一颗神秘大行星的残骸,这颗行星因在远古时代遭遇了一次巨大的碰撞而被摧毁。

彗星俗称“扫帚星”,是太阳系中的一类小天体。“彗星是冰冻物质和尘埃的凝结物,更像是一个‘脏雪球’。”说到这里,王俊杰笑了笑。

彗星的体形庞大,但其质量却小得可怜,就连大彗星的质量也不到地球的万分之一。宇宙中彗星的数量极大,但观测到的仅约有1600颗。

彗星和其他行星一样绕太阳公转,但其轨道与行星的轨道很不相同,它的轨道是极扁的椭圆,有些甚至是抛物线或双曲线。当它靠近太阳时太阳的热量使彗星物质蒸发,在冰核周围形成朦胧的彗发和一条稀薄物质流构成的彗尾。由于太阳风的压力,彗尾总是指向背离太阳的方向。

以前从天文学家的观测结果看彗星才会有尾巴,小行星是没有尾巴的。但近一些观测事例发现有些小行星也有尾巴,因此,有些天文学家推断有尾巴的小行星可能是一种普遍现象。

然而,在王俊杰看来,仅仅从目前已观测的样本来看,似乎小行星有尾现象并不普遍,这也许是由于这种尘埃尾亮度太弱,并没有能被以前所用的天文设备大量地观测到。总之,目前针对有尾小行星的普遍性问题还不足以给出终科学的结论。[1][2]下一页迅速旋转、碰撞、表面有冰层

特定条件导致小行星可能长尾巴

“我曾见过太多的彗星,却从未见过这么奇怪的家伙。”美国马里兰州一行星科学家在了解到P/2013 P5有尾巴时如是说。

据他推测,由于照射到这颗旋转的、不对称天体上的阳光吸收和再发射效应,P/2013 P5的自传速率得到加速。如果这种合力使得小行星旋转得足够快,则其较低的引力很难能够保持这颗天体的完整性,并终导致其表面崩溃,使得尘埃流喷射向宇宙空间。

与这位美国科学家不谋而合,王俊杰也认为这种情况下小行星可能会形成尾巴。

“第二种情况是,小行星间的碰撞导致岩石尘埃抛射会形成尾巴;第三种情况是当小行星在接近表面的位置储存有冰层时,其被阳光加热后也能够形成气尘尾。”王俊杰说。

然而,在美国科罗拉多州另一科学家看来,这一小行星分裂的情景尽管貌似合理,“但却远未得到证明”。他说,如果研究人员能够测量出P/2013 P5的旋转速度,或许会更有说服力。他指出,这颗小行星很可能在接近表面的位置储存有冰层,从而使其在被阳光加热后能够形成尘埃一般的尾部。

产生机制、组成、形态各不同

小行星尾巴与彗星尾巴差别很大

既然小行星也可能有尾巴,那么与彗星相比,其尾巴有何不同之处?

“六尾小行星的尾巴和彗星的尾巴有明显不同。”王俊杰说,首先,两种尾巴的产生物理机制不同。由于彗星是由冰冻着的各种杂质、尘埃组成的,在靠近太阳时,太阳的热量使其蒸发、气化、膨胀、喷发,彗星就产生了长长的彗尾。

而德国研究人员利用模型分析推测,P/2013 P5小行星的6条尾巴与彗星物质被太阳热量蒸发形成的尾巴不同,它们应该是小行星在太阳光照射下自转速度加快、表面物质被甩出陆续形成的。

其次,两种尾巴中的物质形态也不同。王俊杰指出,一般而言,小行星的尾主要由尘埃组成。而典型的彗星含有更大数量的水冰,它们的尾部是由阳光带来的热量所产生的水蒸气以及其他气体的释放所形成的,这其中也夹杂着一些尘埃,是气尘混合尾。

再次,两种尾巴的形态也各不相同。一般小行星的尾体积不是很大也不是很长。彗星的彗尾则形状各异,有的还不止一条,且越靠近太阳彗尾就越长,有些彗尾体积极其巨大,甚至可长达上亿公里。“但是,当彗星远离太阳时,其蒸发的彗尾就慢慢消失,不再存在,我们所能看到的就只是个没有彗尾的云雾状的小斑点了。”王俊杰说。

有尾巴小行星早已有先例

初曾经被天文学家误认为彗星

天文观测中,长长的尾巴通常是彗星的标志,小行星也有尾巴这的确让人匪夷所思。

而更让人意外的是,六尾小行星P/2013 P5并不是颗被天文学家观测到的有尾巴的小行星。

王俊杰介绍说,早在2010年1月,哈勃空间望远镜就曾观测到一颗名为P/2010 A2的小行星。其直径约150米,尾巴长度达100万公里,相当于地球和月球距离的3倍。由于小行星通常没有尾巴,研究人员初将其误认为是一颗彗星。

后来,研究人员借助哈勃空间望远镜进行后续观测时发现,这颗小行星的尾巴不像彗星尾巴由冰和灰尘构成,其主要成分是砾石和灰尘。而且其“无头”外观及其位于主小星带内层的轨道是不像彗星的,这促使人们提出:它是一个带尾巴的小行星。与P/2013 P5不同的是,P/2010 A2的尾巴较可能是经由其他小行星撞击造成的。

同样是在2010年末,天文学家观测到小行星Scheila居然有个尾巴,还有个C形的尘埃云环绕,如同彗发一样,天文学家也认为这是其他小行星撞击Scheila的结果,后来在Scheila附近发现了一个比Scheila小很多的天体,证实了这个撞击的推论。

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不仅小行星,行星也可能有尾巴

2010年,美国航空航天局宣布,他们观察到一颗太阳系外编号为HD 209458b的行星由于太过靠近其母恒星以致其大气层被吹跑,并在其后方形成一条发光的尾巴。

“从2003年开始,科学家们便已经从理论上推算出这一行星的质量损失已经转化为了一条气体尾,自那以后科学家们便一直在进行计算以便进一步确认。”这项研究的负责人、科罗拉多大学的天文学家杰弗里林斯基说,“我们观测到气体以某一特定速率离开该行星,其中有大量气体以每小时约35400公里的速度向地球飞驰而来。”

HD 209458b的质量只比木星小一点,公转一周的周期仅为3.5天,其距离母恒星的距离大约为700万公里,这比木星和太阳之间的距离小100倍,在这样近的距离下,HD 209458b的大气温度高达约1093摄氏度。过去的研究结果显示,可能是由于星风剧烈冲击导致气体剥离该行星并形成了彗星状气体尾。由于强大的星风冲击,该行星每秒损失10000吨气体。终其整个大气层都将消失殆尽,只剩下熔融的岩浆核。即便如此,这颗行星在很长一段时间内仍然不会被毁灭掉。

原标题:专家解读小行星缘何“长”尾巴:特定条件所致

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稿源:中国青年

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