彗星 K2 首次从奥尔特云深处访问内太阳系
彗星 K2 是迄今为止发现的最遥远的“活跃”彗星之一，本周它正在掠过我们的星球，因为它首次从太阳系的最外围到达太阳。天文学家敬畏地注视着这个神秘的冰球，每走一步都有新的、经常令人惊讶的发现。
加州大学洛杉矶分校的天文学家大卫·杰维特说：“这有点像从太阳系开始就能够触摸到某些东西。” “这可能是此时内太阳系中最原始的东西。”
Jewitt 发表了多篇关于彗星 K2的论文，是 2017 年 5 月夏威夷全景巡天望远镜和快速反应系统 (PanSTARRS) 发现该天体后首批研究该天体的天文学家之一。当时，这颗彗星大约 17距离太阳比地球远几倍。科学家将地球与太阳的平均距离称为天文单位；一个 AU 的长度约为 9300 万英里（1.5 亿公里）。
即使在那个距离，在土星和天王星的轨道之间，这颗彗星也在释放科学家们所说的昏迷：一种模糊的气体光晕，向太空延伸了 80,000 英里（130,000 公里）。当彗星上的冷冻物质升华或从固体直接转变为气体时，就会形成昏迷。
“随着[彗星]靠近太阳，它们变得越来越暖和，”杰维特说。“然后水冰能够升华并创造出一种湍急的气体气氛，使彗星昏迷和彗尾。”
不该有的光环正是这个光环让天文学家感到惊讶。在太阳系深处，太阳光线太微弱，无法使彗星的任何冻结物质升华。通常，该过程仅在木星的轨道周围开始，即 5 个天文单位。
天文学家的惊讶只有在他们在官方发现之前拍摄的图像中发现了这个光环，当时这颗彗星距离太阳 23 个天文单位，超出了太阳系最外层行星海王星的轨道。
然后，Jewitt 确定，在拍摄第一张照片时，K2 肯定已经运行了好几年。逆向模型显示，这颗彗星一定是在距太阳约 35 天文单位处渗出气体，位于柯伊伯带深处、海王星轨道之外的碎片盘、太空岩石和彗星。
“距离太阳 35 天文单位，温度可能比绝对零高 40 度，”Jewitt 说。（绝对零对应于负 460 华氏度，或负 273 摄氏度。在此温度下，原子的自然运动停止）。“所以我们知道那里的水和岩石一样坚固。它不能对我们在那么远的距离看到的活动负责。”
彗星 C/2017 K2 PANSTARRS 于 2022 年 6 月 18 日在蛇夫座以 9.7 等星等被捕获。
惊喜的来源从那时起，彗星 K2 一直是令人着迷的发现的源泉，以意想不到的行为让科学家感到惊讶。但 Jewitt 认为天文学家看到 K2 所做的并不是独一无二的。相反，彗星的行为可能是彗星第一次飞向太阳的典型行为——我们以前无法观察到它。
“这颗彗星的特别之处在于它被发现得早，”杰维特说。“我们已经能够在比以往任何时候都大得多的范围内追踪彗星随着与太阳距离的变化而变化的方式。”
Jewitt 说，彗星 K2 来自比柯伊伯带更远的地方。彗星的原始家园很可能是奥尔特云，它是彗星和行星碎片的储存库，距离太阳 2,000 到 200,000 AU。在那里，被数十亿其他冰冻的雪球和太空岩石包围，K2 沉睡了数十亿年，直到它收到了意想不到的引力，可能来自一颗经过太阳系外缘的恒星。这一踢推动了 K2 的航行，我们现在可以实时观察。
原始与否正是这颗彗星首次穿越太阳系，这使得它在科学上如此有价值。由于过去很少暴露在高温下，K2 应该携带锁定在其内部的化学物质，这种化学物质早已从更典型的彗星中消失了。
“奥尔特云中的温度实际上只比绝对零高几度，”杰维特说。“任何在彗星形成时被放入彗核的物质，从那时起就被冻结成固体。所以我们的想法是，我们正在研究从太阳系开始的一小块原行星盘，它完全没有改变。”
彗星通常被认为是携带太阳系形成初期信息的时间胶囊。然而，天文学家在 K2 上目睹的情况表明，随着冰球向太阳移动，它们的化学成分可能发生的变化可能比以前预期的要大得多。
“如果活动开始时真的像我们在这颗彗星上看到的那样远离太阳，那么我们在其他靠近太阳的彗星上看到的就不一定那么原始，”Jewitt 说。“彗星 K2 帮助我们了解我们可以在太阳系内部观察到的彗星是多么原始或原始。”
一氧化碳从最早的观察中，Jewitt 想解释是什么构成了 K2 令人着迷的昏迷。由于从地表升华的不可能是水冰，他和他的同事们知道，在如此低的温度下，肯定还有其他化合物会变成气体。
“我们首先选择的是一氧化碳，”Jewitt 说。“在靠近太阳的其他彗星中也检测到一氧化碳，尽管其含量远低于水。一氧化碳非常易挥发，很难冻结成固体。”
Jewitt 和他的同事推测，随着彗星在向太阳系行星区域移动时略微变暖，其表面附近的一氧化碳冰变成了一种气体，像恒风一样流入行星际空间的真空中。这股风搅动了彗星表面的尘埃颗粒，形成了圆形的马勃球状昏迷。
但杰维特说，测量彗星化学成分的几次尝试都失败了，才证实了这一理论。去年，当彗星到达木星轨道时，该团队终于成功了，科学家们终于在彗星的中心发现了一氧化碳。
缺少尾巴当天文学家观察到 K2 进入太阳系内部时，他们预计它会变亮。他们还等待彗发形成标志性的尾巴状形状，这是彗星经过地球时的典型特征。但多年来，K2 没有任何改变，引发了问题和理论。
流星雨
“这些彗尾是由阳光的压力造成的，阳光的压力将[来自彗星的]尘埃颗粒推离太阳，”杰维特说。“这颗彗星直到最近才拥有一颗。”
对 Jewitt 来说，这意味着冰变成气体从彗星中吹出的尘埃一定比科学家预期的要大。实际上要大得多：大约是质量的一百万倍。
“我们能够估计[这些颗粒的]大小为十分之一毫米（大约与人类头发一样宽）或更大，”Jewitt 说。“但预期是，由于[气体]的初始升华非常微弱，它们不可能排出大颗粒。就像在刮风的日子里，当你看到街道上扬起的灰尘时，你不会看到汽车被吹走在街上，因为它们太重了。”
当 K2 在星期三（7 月 13 日）最接近地球时，它将成为一个平淡无奇的观星目标。远在火星轨道之外，即使使用双筒望远镜或后院望远镜也几乎看不到彗星。
但是像 Jewitt 这样的专业天文学家将让 K2 成为他们强大机器的瞄准点，因为这颗彗星继续向 12 月的近日点移动，此时它离太阳最近。他们将尝试提取尽可能多的科学，观察它是否经历了预期的转变，然后在它返回奥尔特云时跟随它。
Jewitt 认为，詹姆斯韦伯太空望远镜的第一张照片于周二（7 月 12 日）向公众公布，它可以为神秘彗星 K2 提供更多线索。望远镜强大的光谱仪可以更详细地揭示彗星的化学成分，包括其异常行为的尘埃。
“如果我们得到韦伯的红外光谱，那么我们将能够准确地找出这个昏迷中的东西。我们在那里看到的是什么类型的尘埃？” 杰维特说。
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