受古希臘神話中半人半馬的生物的啟發(fā)，天文學(xué)領(lǐng)域有自己的半人馬:在木星和海王星之間繞太陽運行的遙遠天體。美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡繪制了其中一個天體噴出的氣體的地圖，表明其組成多種多樣，并為太陽系的形成和演化提供了新的見解。

半人馬座是過去的海王星外天體，在過去幾百萬年里，由于行星的微妙引力影響，它們被移動到海王星的軌道內(nèi)，最終可能成為短周期彗星。它們是“混合”的，因為它們處于軌道演化的過渡階段:許多與海王星外天體(來自寒冷的柯伊伯帶儲層)和短周期彗星都有共同的特征，短周期彗星是通過反復(fù)近距離繞太陽運行而高度改變的天體。

由于這些小冰體處于軌道過渡階段，它們一直是各種研究的主題，因為科學(xué)家們試圖了解它們的組成，它們釋放氣體活動背后的原因-表面下冰的損失-以及它們?nèi)绾卧谔栂低獾脑急w和進化的彗星之間發(fā)揮聯(lián)系作用。

一組科學(xué)家最近使用韋伯的NIRSpec(近紅外光譜儀)儀器獲得了半人馬座29P/Schwassmann-Wachmann 1(簡稱29P)的數(shù)據(jù)，這是一個以高度活躍和準周期性爆發(fā)而聞名的天體。它的強度每六到八周變化一次，使它成為外太陽系中最活躍的物體之一。他們發(fā)現(xiàn)了一股新的一氧化碳(CO)噴流和以前看不見的二氧化碳(CO2)氣體噴流，這為半人馬座核心的性質(zhì)提供了新的線索。

這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上。

“半人馬可以被認為是我們行星系統(tǒng)形成的一些殘余物。因為它們被儲存在非常寒冷的溫度下，所以它們保存了太陽系早期階段揮發(fā)物的信息，”該研究的主要作者、馬里蘭州格林貝爾特美國宇航局戈達德太空飛行中心和華盛頓特區(qū)美國大學(xué)的薩拉·法吉說。

“韋伯確實為我們打開了分辨率和靈敏度的大門，這讓我們印象深刻。當我們第一次看到這些數(shù)據(jù)時，我們很興奮。”我們從未見過這樣的事情?！?/p>

韋伯和噴氣機

半人馬座的遙遠軌道和隨之而來的模糊妨礙了過去的詳細觀測。先前對半人馬座29P的無線電波長觀測數(shù)據(jù)顯示，一股由CO組成的噴流通常指向太陽(和地球)。

韋伯望遠鏡探測到了這種正面噴流，而且由于其巨大的鏡面和紅外能力，它還靈敏地搜索了許多其他化學(xué)物質(zhì)，包括水(H2O)和二氧化碳。后者是整個太陽系中碳儲存的主要形式之一。在29P的大氣中沒有檢測到水汽的明顯跡象，這可能與該天體的極冷溫度有關(guān)。

望遠鏡獨特的成像和光譜數(shù)據(jù)揭示了從未見過的特征:兩股二氧化碳噴流在南北方向發(fā)射，另一股二氧化碳噴流指向北方。這是首次在半人馬座29P上明確檢測到二氧化碳。

根據(jù)韋伯收集的數(shù)據(jù)，研究小組創(chuàng)建了一個噴氣機的3D模型，以了解它們的方向和起源。他們通過建模工作發(fā)現(xiàn)，噴流是從半人馬座核心的不同區(qū)域發(fā)射出來的，盡管韋伯無法分辨核心本身。噴流的角度表明，彗核可能是具有不同組成的不同物體的集合體;然而，也不能排除其他情況。

“半人馬座29P表面的CO和CO2含量差異如此之大，這表明29P可能是由幾部分組成的，”美國宇航局戈達德中心研究報告的合著者杰羅尼莫·維拉紐瓦說。

“也許兩個碎片結(jié)合在一起，形成了這個半人馬，它是經(jīng)歷了不同形成途徑的非常不同的物體之間的混合物。它挑戰(zhàn)了我們關(guān)于原始物體是如何在柯伊伯帶產(chǎn)生和存儲的想法?！?/p>

持續(xù)未解決的問題(目前)

半人馬座29P亮度爆發(fā)的原因，以及它通過CO和CO2噴流釋放氣體背后的機制，仍然是需要進一步研究的兩個主要領(lǐng)域。

以彗星為例，科學(xué)家們知道它們的噴流通常是由水的排放驅(qū)動的。然而，由于半人馬座的位置，它們太冷了，水冰無法升華，這意味著它們釋放氣體的性質(zhì)與彗星不同。

“我們只有時間看這個物體一次，就像時間的快照一樣，”亞當·麥凱(Adam McKay)說，他是北卡羅來納州布恩市阿巴拉契亞州立大學(xué)(Appalachian State University)這項研究的合著者。

“我想回到過去，在更長的一段時間內(nèi)研究Centaur 29P。噴流總是這個方向嗎?是否有另一個一氧化碳噴流在自轉(zhuǎn)周期的另一個點開啟?隨著時間的推移觀察這些噴流將讓我們更好地了解是什么驅(qū)動了這些噴流。”

研究小組希望，隨著他們對半人馬29P的了解的增加，他們可以把同樣的技術(shù)應(yīng)用到其他半人馬身上。通過提高天文學(xué)界對半人馬的集體知識，我們可以同時更好地了解太陽系的形成和演化。