SPHEREx与JWST揭示彗星3I/ATLAS的真相

通过 SPHEREx 和詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）等仪器的观测，科学家揭示了第三个已知星际天体 3I/ATLAS 的真实面貌。研究表明，它并非外星造物，而是一个自然的、类似彗星的天体。其成分主要为二氧化碳，缺乏水和一氧化碳，这表明它是一个“演化过”的物体，在漫长的星际旅行中已经耗尽了最易挥发的冰。这一发现将 3I/ATLAS 定位为一个介于“年轻”彗星和“衰老”彗星之间的中间状态，类似于太阳系内的哈特雷二号彗星，标志着人类系统研究外来星系物质的新时代的开始。

一个来自远方的新访客

在 2017 年的“奥陌陌”（'Oumuamua）和 2019 年的鲍里索夫（Borisov）之后，3I/ATLAS 是人类确认的第三个闯入太阳系的星际天体。它拥有迄今为止观测到的最高速度和轨道偏心率。

    • “奥陌陌” ('Oumuamua): 大小约 100 米，轨道偏心率 1.119，进入速度 26 公里/秒。
    • 鲍里索夫 (Borisov): 大小约 1 公里，轨道偏心率 3.36，进入速度 32 公里/秒。
    • 3I/ATLAS: 轨道偏心率高达 6.2，进入速度 58 公里/秒，是迄今最快的星际访客。

轨道偏心率大于 1.0 的物体不受太阳引力束缚，会以双曲线轨道飞离太阳系。3I/ATLAS 极高的偏心率明确表明了它的星际起源。

其极高的速度和轨迹表明，它很可能来自银河系盘面中恒星形成活跃的区域，经过了数亿甚至数十亿年的星际旅行才抵达这里。

望远镜揭示的真相

多个空间望远镜的联合观测，为我们拼凑出 3I/ATLAS 的详细画像。

    • 哈勃望远镜 的高分辨率图像显示，它的核心（彗核）并不大，直径不超过 5.5 公里，但被一个巨大而弥散的彗发所包围。这修正了早期认为它体积庞大的猜测，证明其亮度主要来自彗发而非彗核。

    • SPHEREx 望远镜 虽然主要用于宇宙学研究，但其红外光谱能力使其能够分析冰的成分。数据显示，3I/ATLAS 的彗发中富含二氧化碳，但几乎没有水冰或一氧化碳的迹象。

    • JWST 望远镜 提供了更精确的光谱数据，不仅证实了二氧化碳气体的强烈信号，还探测到了微量的固态水冰和极少量的一氧化碳。

一颗“演化过”的彗星

3I/ATLAS 的化学成分是理解其历史的关键。在彗星中，不同种类的冰在不同温度下蒸发。

    • 最易挥发: 甲烷、氮气和一氧化碳在极低温度（约 40K）下就会升华。
    • 中等挥发: 二氧化碳需要稍高温度（约 100K）才能升华。
    • 最难挥发: 水冰需要接近太阳才能大量蒸发。

3I/ATLAS 缺乏一氧化碳但富含二氧化碳的特征，表明它已经不再“年轻”。在漫长的星际旅行中，它可能已经失去了最易挥发的冰，剩下的主要是二氧化碳和更稳定的水冰。这种特征与太阳系内的哈特雷二号彗星（103P/Hartley 2）非常相似，后者也被认为是一颗演化过的“年老”彗星。

我们可以将这三个星际天体进行比较：'Oumuamua 看起来像一个几乎耗尽所有挥发物的“衰老”天体；Borisov 则像一颗“年轻”的、富含挥发物的彗星；而 3I/ATLAS 则处于两者之间。

科学的结论与展望

综合所有数据，3I/ATLAS 的画像变得清晰：它是一个在另一个恒星系统中形成、后被抛入星际空间的富冰天体。它并非外星文明的探测器，而是一个自然的宇宙来客。

它的发现和研究具有重要意义：

    • 自然的实验室: 它为我们提供了一个研究来自其他恒星系统原始物质的独特机会。
    • 理解行星形成: 通过分析这些“外来样本”，科学家可以更好地理解银河系中恒星和行星系统的形成与演化过程。
    • 新时代的开端: 随着维拉·鲁宾天文台等新一代观测设备的投入使用，未来我们将发现更多此类星际天体。这标志着我们不再是偶尔发现，而是开始系统性地分类和研究这些宇宙信使。