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彗星分裂:一颗“脏雪球”在太阳附近的解体现场

备选标题(三选一)

  • 悬念型:彗星分裂:一场无人目击的太空解体
  • 画面感型:雪球炸开:彗星分裂的太空现场
  • 提问型:彗星分裂之后,流星雨会来吗?

一串碎冰,飞向太阳

2020年4月,哈勃空间望远镜把镜头对准一颗编号为C/2019 Y4的彗星。几个月前,它还被认为有希望在黄昏的天空里用肉眼看见。可传回的图像里没有一颗完整的彗星,只有二十多块碎屑排成松散的一串,像谁在太空里撒了一把碎冰。

没有任何东西撞上它。是它自己裂开的。这件事有个专门的名字——彗星分裂。

一句话:热出来的裂缝

彗星分裂,指的是彗核在自身挥发产生的应力或外部引力拉扯下,断成两块或多块的过程。碎块可能各自继续飞行,也可能继续碎裂,直到化成一缕尘埃。

把彗核想成一颗刚从冷冻室拿出来的汤圆:外层是水冰混着尘埃冻成的硬壳,里面掺着一氧化碳、二氧化碳这类更容易挥发的冰,还布满孔隙。下锅(靠近太阳)时,内部的气体先跑出来往外顶,外壳却被冻得又硬又脆。压力积到某个点,裂缝就从最薄的地方崩开。区别只在于,汤圆是噗的一声散在锅里,彗星是在每小时约二十万公里的速度上悄悄裂开。

这个速度是什么概念?民航客机巡航约每小时900公里,而彗星接近太阳时的速度约为每秒40到70公里,比客机快两百多倍。在这样的速度下分裂,碎块不会“掉队”,只会沿着略微不同的轨道继续绕着太阳跑。

撕开它的手不止一只

太阳的热是最常见的一只手。彗核表面被晒热,冰直接变成气体,喷流从彗核表面射出,像一只只小小的喷气推进器。喷流不均匀,彗核就被推得摇晃、加速自转——这正是自转介入的地方。当一颗几公里大小的彗核越转越快,赤道附近的离心效应足以把松散的部分甩出去。

最戏剧性的一种撕裂来自引力。1993年3月,苏梅克-列维9号彗星被拍到已经是一串“珍珠项链”:早在1992年7月,它从木星表面约4万公里处掠过,进入了木星的洛希极限(行星引力在不同位置强弱差异足够大、足以把天体扯开的距离范围),彗核被扯成二十多块。1994年7月,这些碎块以约每秒60公里的速度接连撞进木星大气,在云顶留下一个个直径超过一万公里、比地球还大的暗斑。这是人类第一次直接观测到彗星分裂后的碎片撞上行星(观测证实)。

分裂之后,天上多一场雨

碎裂的彗星会沿途撒下尘埃和碎屑,形成一条稀薄的碎屑带。如果地球轨道恰好穿过这条带,那些只有沙粒大小的颗粒就会以每秒几十公里的速度冲进大气,烧成流星。

73P/施瓦斯曼-瓦赫曼3号彗星就是这样一个例子。它在1995年被观测到明显分裂,2006年回归时,望远镜记录到数十块碎片。它的碎屑带与地球轨道相交,2022年5月31日,天琴座τ流星雨因此被寄予厚望。实际观测到的是一次温和的活动,远没有达到最乐观的预报——这提醒我们,流星雨的预报仍带有很大不确定性。

还没定论的部分

彗核到底有多结实?目前尚无定论。不同观测给出的抗拉强度估计跨越好几个数量级,有的结果接近一堆压实不久的雪,有的则接近松软的岩石。这也解释了为什么有的彗星裂成几块后还能继续存在,有的却在几天内彻底瓦解成尘埃——2013年的ISON彗星就在掠过近日点后几乎消失殆尽。

至于触发分裂的到底是热应力、自转加速,还是彗核内部原本就存在的裂痕,目前尚无定论。科学家能确定的是,分裂后的彗星会以某种方式留下痕迹,而每一次分裂,都是观测彗星内部结构的一次意外机会。

回到那串碎冰

C/2019 Y4最终没有亮起来。它在距离太阳还有一段路的时候就把自己拆散了,碎块继续沿着原来的轨道运行,渐渐变暗。它没有撞上任何东西,也没有被谁推动。让一颗彗星解体的,可能就是它自己身上那些微不足道的孔隙与冰。

那么下一次,当一颗彗星在望远镜里突然变成两团、三团,甚至一串亮点时,我们看到的是一个故事的结束,还是无数碎屑开始各自旅行的时刻?

延伸阅读

  • 卡尔·萨根与安·德鲁扬《彗星》(Comet,1985):从彗星结构讲到人类观测史,文字与科学并重。
  • NASA Science 太阳系专题的彗星页面:更新及时的彗星基础资料与任务图像。
  • ESA 罗塞塔任务官网:人类首次环绕并着陆彗核的任务记录,可看到彗核表面的真实细节。
文章标题:彗星分裂:一颗“脏雪球”在太阳附近的解体现场
文章链接:https://www.nasaeye.com/science/3590.html

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