首顆載有人類探測器的彗星飛臨地球:下一次要等200年

2021年11月13日11:00

  2021年11月12日,一顆帶著人類探測器的彗星將飛掠地球,最近時距離約為6300萬千米(或0.418 AU,AU:天文單位,1AU約為1.5億千米)。

  2021年10月3日拍攝的彗星67P | 圖源:Rolando Ligustri

  這是一顆週期彗星,大名叫丘留莫夫-格拉西緬科,小名叫67P,探測器叫“菲萊”(Philae,看清楚,不是“韭菜”!),是2004年歐洲空間局(ESA)發射的彗星探測計劃“羅塞塔”(Rosetta)號攜帶的著陸器。

  2014年11月12日,整整七年前,“菲萊”成功著陸67P彗星表面,成為有史以來第一個在彗星上著陸的航天器。伴隨67P環繞飛行兩年後,2016年9月30日 “羅塞塔”號長眠於冰冷的彗星表面,結束了它曆時12年半的科學探測任務。

  此次與地球的“親密接觸”將是67P在本世紀和下個世紀內距離地球最為接近的一次,下一次與地球的近距離要等到193年後,也就是2214年。

  Part.1  67P彗星的前世今生

  67P/ Churyumov-Gerasimenko於1969年由蘇聯天文學家丘留莫夫和格拉西緬科首次發現,並以他們的名字命名。67P的遠日距為5.68 AU,公轉週期為6.45年,軌道傾角為7.04度,自轉週期為12.4小時,質量約為10¹³ kg, 平均密度為0.4 g/cm³ , 是一顆典型的木星族彗星。

  木星族彗星是指軌道週期小於20年,遠日距在木星軌道附近,軌道傾角不超過30度的彗星。木星族彗星通常認為起源於海王星軌道之外的柯伊伯帶,而柯依伯帶內的天體受到太陽系外部行星的引力擾動後偶爾會被拋射到太陽系內部,成為木星族彗星。

  在太陽和木星引力的影響下,67P的近日點會不斷髮生變化,在1840年之前,67P的近日距為4 AU,1840年時變為3AU;1959年2月,與木星的一次近距離交會使67P的近日點向內移動到1.29 AU;最近一次過近日點發生在2021年11月3日,近日距為1.21AU;而下一次近日點發生較大的變化時間是2220年11月,屆時67P將從距木星0.12AU處飛掠,進而其近日距將變為0.8 AU。

  67P在2021年11月12日距離地球最近時的軌道位置 | 圖源:Greg Smye-Rumsby

  Part.2  “羅塞塔”號的主要科學發現

  表面特徵

  “羅塞塔”號拍攝的彗星圖像顯示67P的彗核有兩個明顯的瓣狀結構,平均直徑為4.2千米,最長和最寬尺寸約為4.3千米 × 4.1千米。

  彗星 67P 表面粗糙,有崖壁、巨石、裂痕、凹坑、 沙丘和隆起等地形。從菲萊著陸前下降時所拍攝的圖像來看,彗星表面被毫米至米尺寸的表壤和碎石覆蓋,初步估計彗星表面有10~20 釐米厚的表壤。

  化學成分

  “羅塞塔”的科學探測表明彗星67P是由非常鬆散的水冰、塵埃和岩石構成的組合體,釋放出來的氣體的主要成分是氨、甲烷、硫化氫、氰化氫和甲醛,因此其氣味聞起來像是臭雞蛋、馬尿、酒精和苦杏仁的混合味道。

  氘的含量是太陽系形成與早期演化的重要探針。67P與地球的水蒸氣成分有很大不同,氘和氫比率是地球海洋的三倍,至少表明地球上的水不太可能來自67P之類的彗星。

  67P周圍的氣體中發現了大量的自由分子氧(O₂),這也是首次在彗星彗發中檢測到O₂。關於它們的來源,一種觀點認為是在彗星最開始形成時期就被包含在內的,另一種觀點認為是在彗星表面由水分子與矽酸鹽和其他含氧物質碰撞時產生的。

  “菲萊”還在67P上檢測到了16種有機化合物,其中乙酰胺、丙酮、異氰酸甲酯和丙醛等4種是首次在彗星上發現的。

  活動性

  作為一顆木星族彗星,67P的活動性主要是由水冰的昇華驅動。理論上,對於一顆活動區域分佈均勻的彗星,在向近日點運行的過程中,水冰的生成率逐漸增加。不過,“羅塞塔”號發現67P彗核表面的活動區域是不均勻的,水產率在過近日點前的幾個月內出現急劇增長。主要原因可能是67P過近日點時正值彗核南半球的夏天,導致熱量深入到彗核內部,活動區域隨之擴展。

  “羅塞塔”號還發現67P彗發內部存在噴流等近核結構,這些噴流與彗核表面特定區域相關,不僅存在正陽面噴流甚至還存在背陽面噴流,但由於67P彗核形狀極不規則, 目前仍無法瞭解噴流的來源。

  形成機制

  67P具有明顯的雙瓣結構,天文學家認為,大約45億年前,在太陽系形成的早期階段,像這樣的雙瓣彗星是在冰質碎片的緩慢碰撞中形成的,是兩個小天體低速碰撞的結果,被稱為接觸雙星。

  Part.3  肉眼能否看到彗星67P?

  雖然67P目前距離地球較近,且正處於亮度最高時期,其亮度約為10等(星等值越小,天體就越亮),但這個亮度肉眼仍不可見,因為肉眼最多可看到亮度為6等的天體。目前彗星位於雙子座與巨蟹座之間,夜晚11點左右會在東偏北方向升到地平線以上,在次日淩晨4點半左右到達天頂附近。未來幾個月內我國的觀測條件較好,借助於業餘愛好者的小型望遠鏡很容易觀測到這顆彗星。

  當我們凝望這顆彗星,想著那裡長眠著的“羅塞塔”和“菲萊”,會是一種怎樣的心境呢?

  作者簡介:

  史建春,中國科學院紫金山天文台副研究員。研究領域:彗星的物理屬性和活動性研究。

  參考文獻:

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  來源:中科院紫金山天文台

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