彗，埽竹也。故彗星有個(gè)別名——掃把星。中國(guó)民間傳說(shuō)彗星主掃除，見(jiàn)則有戰(zhàn)禍或天災(zāi)。

　　后來(lái)，隨著觀測(cè)手段逐漸增多、增強(qiáng)，人們發(fā)現(xiàn)，彗星這一天外訪客堪稱生命的使者。彗星上搭載的有機(jī)分子有可能在與星球撞擊的過(guò)程中幸存下來(lái)，并成為被撞擊天體上的生命種子。

　　近日，美國(guó)亞利桑那大學(xué)月球與行星實(shí)驗(yàn)室的研究人員在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上發(fā)表論文稱，他們通過(guò)計(jì)算模擬發(fā)現(xiàn)了木星附近的一個(gè)軌道參數(shù)空間，在這一參數(shù)空間里，半人馬小行星可加速變身為彗星，宛如彗星的搖籃。

　　該研究中的彗星“搖籃”是如何被發(fā)現(xiàn)的？為何這個(gè)奇特的空間有彗星孵化器的功效？

　　半人馬小行星上演彈球大作戰(zhàn)

　　通常，天體會(huì)保持固定的形態(tài)和軌道特征，就像地球一直是個(gè)不規(guī)則的橢圓球體，孜孜不倦地在特定軌道上圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，一年又一年。

　　彗星則不會(huì)如此規(guī)矩。

　　彗星是由彗核、彗發(fā)、彗尾三部分組成。彗星的彗核由冰物質(zhì)構(gòu)成，就像個(gè)臟雪球。當(dāng)遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，這個(gè)“臟雪球”是由水、氨、甲烷等凍結(jié)的冰塊和許多固體塵埃粒子構(gòu)成的固態(tài)球體。當(dāng)彗星接近太陽(yáng)等恒星時(shí)，由于溫度升高，彗核的冰物質(zhì)升華，在冰核周圍形成朦朧的彗發(fā)和一條稀薄物質(zhì)流，就像條大尾巴，故稱彗尾。受太陽(yáng)輻射（主要是溫度）影響，彗發(fā)和彗尾的形狀會(huì)隨著彗星與太陽(yáng)距離的改變而變化。

　　此次研究的對(duì)象除了彗星，還涉及到半人馬小行星。半人馬小行星是指一類在木星和海王星之間繞日運(yùn)行的冰凍小行星。

　　海王星是人們迄今為止發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系內(nèi)最外層的巨行星，它就像是個(gè)強(qiáng)壯的“大塊頭”，守護(hù)著太陽(yáng)系的門(mén)戶。海王星以內(nèi)，還有3顆巨行星，分別是天王星、土星及木星。

　　南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這4個(gè)“大塊頭”對(duì)周圍小天體皆有巨大的引力作用。相對(duì)而言，小天體質(zhì)量很小，稍有擾動(dòng)，就會(huì)改變“航線”。因此，半人馬小行星就像是彈球機(jī)里的球一樣，一落到巨行星附近，就會(huì)被無(wú)形的引力大手撥一下，改變方向，沒(méi)有一個(gè)固定的軌道。它們就在這張由巨型天體織成的引力網(wǎng)中漂泊流浪，直到被拽進(jìn)木星軌道以內(nèi)，奔向太陽(yáng)，“蒸發(fā)”成彗星，被我們觀測(cè)到；或是被拋出海王星之外，從此與太陽(yáng)系再無(wú)交集。

　　此次研究人員所使用的太陽(yáng)系模型，包括太陽(yáng)以及上述4顆巨行星，在研究彗星進(jìn)入木星軌道附近之后的階段還包括了類地行星。隨后，再將上千個(gè)假想的半人馬小天體測(cè)試粒子“扔”進(jìn)該模型，這些測(cè)試粒子具有不同的軌道偏心率、周期、與太陽(yáng)的距離等基本參數(shù)。經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬后，研究人員總結(jié)歸納了測(cè)試粒子的運(yùn)行規(guī)律。

　　結(jié)果顯示，六成以上的測(cè)試粒子會(huì)經(jīng)過(guò)某一特定區(qū)域，迅速演變成彗星，研究人員將這一區(qū)域稱為“彗星通道”。但需要注意的是，該區(qū)域并非我們常說(shuō)的空間位置范圍，而是指軌道參數(shù)的范圍，即參數(shù)空間。也就是說(shuō)，半人馬小行星受引力攝動(dòng)影響改變軌道，當(dāng)它的軌道參數(shù)變化到某一數(shù)值區(qū)間，可能會(huì)迅速“長(zhǎng)”出彗發(fā)和彗尾，演變成彗星。

　　“同化”后更易與木星親密交匯

　　很早之前，人們就發(fā)現(xiàn)，木星周圍可能存在著一群彗星。彗星雖然是繞日運(yùn)行的天體，但由于木星是距離太陽(yáng)最近的巨行星，因此也會(huì)對(duì)彗星產(chǎn)生很大影響。后來(lái)，人們將周期為3—10年、遠(yuǎn)日點(diǎn)在木星軌道附近的彗星稱為木星族彗星。

　　半人馬小行星與太陽(yáng)的距離也作為此次研究中的一個(gè)參數(shù)，其數(shù)值在5.4—7.8個(gè)天文單位（約為1.496×108千米）之間。而木星與太陽(yáng)的距離約為5.2個(gè)天文單位，也就是說(shuō)，這一“彗星通道”就在木星附近，半人馬小行星經(jīng)此“通道”演變而成的彗星，自然也被歸類為木星族彗星。

　　木星軌道與海王星軌道相距約25個(gè)天文單位，是地球到太陽(yáng)距離的25倍。如此廣闊的空間里，為何單單這一“通道”具有如此獨(dú)特的魔力，讓半人馬小行星迅速蛻變？此次研究的作者并未給出原因。

　　“有這樣一種可能，小天體受行星攝動(dòng)時(shí)，可能會(huì)有較大的機(jī)會(huì)被‘同化’，其運(yùn)行軌道會(huì)變成與該行星相近的軌道。當(dāng)然，這種軌道并不穩(wěn)定，仍是在不斷變化的，只不過(guò)是在行星附近擺動(dòng)?！敝芏Y勇表示，如此一來(lái)，行星與小天體發(fā)生緊密交匯的幾率將大大增加，半人馬小行星就很有可能在與木星緊密交匯的時(shí)候被木星一下子“拽”過(guò)去，再被太陽(yáng)逐漸“烘烤”成彗星，以明亮拖尾的壯觀景象出現(xiàn)在我們的望遠(yuǎn)鏡里。

　　“當(dāng)然，在沒(méi)有確切證據(jù)之前，我們還可以作出很多假設(shè)。”周禮勇補(bǔ)充道，例如這一區(qū)域或與引力平衡點(diǎn)有關(guān)。引力平衡點(diǎn)，即拉格朗日點(diǎn)，可以簡(jiǎn)單理解為在兩個(gè)較大天體和一個(gè)質(zhì)量忽略不計(jì)的小天體組成的三體系統(tǒng)中，由于引力作用，空間中存在引力平衡點(diǎn)，若小天體處于這些點(diǎn)，則相對(duì)于兩大天體基本保持靜止。

　　人們發(fā)現(xiàn)小天體往往傾向于沿著與這些平衡點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的軌道運(yùn)動(dòng)。半人馬小行星本就在太陽(yáng)和四個(gè)大行星的“夾縫”中求生存，它們優(yōu)先選擇與各行星的平衡點(diǎn)關(guān)聯(lián)的軌道也是可以預(yù)期的結(jié)果。

　　“通道”或已孕育更多彗星

　　然而，研究人員并未止步于計(jì)算結(jié)果或假想內(nèi)容。

　　他們將人類已知的半人馬小行星的軌道參數(shù)進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)其中3顆正位于該“通道”中。也就是說(shuō)，我們今天的天空中，有3顆半人馬小行星或?qū)⒊蔀殄缧?。而且，其中一顆已然十分“躁動(dòng)”，可看成是一種初期的彗星活動(dòng)，它的名字為29P/Schwassmann-Wachmann 1（以下簡(jiǎn)稱SW1）。

　　SW1是于1927年發(fā)現(xiàn)的半人馬小行星，據(jù)估算其直徑約為65千米。盡管SW1離太陽(yáng)太遠(yuǎn)，水冰無(wú)法融化，但它的高活躍性和頻繁的爆發(fā)一直吸引著天文學(xué)家的目光。

　　那么，正處于“彗星通道”的SW1是否具有代表性？其軌道演化會(huì)不會(huì)與其他半人馬小行星軌道演化一致？為了找到答案，研究人員還模擬了來(lái)自海王星之外的小天體穿過(guò)海王星和木星軌道之間區(qū)域時(shí)的軌道演化過(guò)程。結(jié)果顯示，超過(guò)五分之一的測(cè)試粒子在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)入了與SW1軌道類似的軌道。

　　換句話說(shuō)，盡管SW1似乎是目前已知的、少數(shù)通過(guò)“彗星通道”的天體中唯一的大型半人馬小行星，但它應(yīng)該不是個(gè)“怪咖”，或許在半人馬小行星“圈子”里，這樣歷經(jīng)“彗星通道”演變成木星族彗星的現(xiàn)象很常見(jiàn)。就像是人們?cè)谀骋粫r(shí)刻拍了一張公園照片，也許照片上公園里面只有零零散散幾個(gè)人，但公園自建成以來(lái)的人流總量必然遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于這個(gè)數(shù)值。

　　周禮勇表示，這項(xiàng)研究對(duì)上千顆測(cè)試粒子進(jìn)行了數(shù)值模擬，突破了我們真實(shí)觀測(cè)時(shí)的有限數(shù)據(jù)，幫助我們了解彗星的演化過(guò)程。但這項(xiàng)研究本質(zhì)上可看成一種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或最新發(fā)現(xiàn)。究竟是什么導(dǎo)致了這一現(xiàn)象的發(fā)生，其動(dòng)力學(xué)機(jī)制究竟是什么？還有待更進(jìn)一步的研究探索。（實(shí)習(xí)記者 于紫月）

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責(zé)任編輯： 黃浩