作者:苗妮 来源:中国科学报 发布时间:2014-2-25 9:02:42
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一颗彗星的“非正常死亡”
ISON项目为掠日研究带来新契机

 
这颗彗星形成于45亿年前,在2013年11月28日消亡。
 

在美国波托马克河河岸附近的一间办公室里,Karl Battams一直观测从太阳表面掠过的彗星。图片来源:Damian Peach
 
10年前,当天体物理学家Karl Battams刚加入华盛顿市美国海军研究实验室时,他对彗星还没有浓厚的兴趣。不过,该实验室运行了两个太阳物理项目的设备,这些设备可以探测到一颗近距离通过太阳的天体。迄今为止,它们已经探测到2600个这种“掠过太阳”的彗星。Battams工作的一部分就是为这些发现编目录。他是世界上唯一一个从事追踪掠日彗星的人。今年1月,他说:“幸亏我很快就会有一个学生。不过大多数时间,还是只有我在工作。”
 
太阳系所有的彗星都围绕太阳运行,不过掠日彗星运行时离太阳核心的距离约为太阳半径的3倍,离太阳表面约140万千米。去年秋天,成为追踪最著名的ISON彗星研究团队的代言人使Battams名声大震。当ISON航行到太阳系内部时,天文学家和业余天文爱好者很快燃起了希望。很多人幻想,ISON可以在离太阳如此之近的行程中不遭遇毁灭,成为夜空中一个戏剧性的景象,并能持续为科学研究提供信息。然而,去年11月,该彗星在科学家预计的扫过太阳的时间之前几个小时就瓦解了。
 
于是科学家开始思考,为何ISON遭遇这样的命运。早期研究结果表明,ISON也许太小、不稳定而无法承受太阳的灼热。ISON是一个小的瓦斯彗星,这是其首次进入太阳系内部,这种情况可能在一开始就注定会失败。
 
不过,它的毁灭可能标志着掠日彗星研究的复兴。ISON在离太阳系很远时就被观测到,其不寻常的轨道令宇宙飞船可以从多个有利位置对其进行拍摄。目前的发现表明,掠日彗星可以揭示彗星的多样性,以及要想预测彗星的行为是多么的困难。尽管天文学家还在为找出ISON事件的原因而绞尽脑汁,但他们还是摩拳擦掌地在准备将于今年晚些时候发生的与下一颗彗星的亲密接触。
 
投入ISON研究的巨大观测“火力”为航天器与地面望远镜的协调设定了新标准。Battams说:“ISON研究会将所有设备结合起来。这在之前从未做到过。”
 
几个世纪以来,天文爱好者已经识别了那些消失于太阳附近又在另一边出现的天体。通过查阅太阳及日光层观测卫星(SOHO)航天器所拍摄的图像,天文爱好者发现了大多数掠日天体。一旦天文爱好者发现可疑彗星,他们就会通知Battams。
 
事与愿违
 
大多数掠日彗星属于Kreutz彗星家族,该彗星家族以Heinrich Kreutz命名,Kreutz是19世纪的一位天文学家,他计算出了许多彗星的轨道。
 
2011年,Lovejoy彗星(属于Kreutz彗星家族)突然掠过离太阳表面14万千米的地方,并暂时存活下来。Lovejoy彗星在太阳上层大气中被压缩后,仍然完好无损。几天后,它发生粉碎,可能是被太阳巨大的引力引起的潮汐能撕成了碎片。在该彗星短暂通过太阳大气层时,研究人员采用了史无前例的方法,以测量Lovejoy在太阳强大磁场中的尾波动。
 
2012年9月,焦点转移到了另一颗掠日彗星上,当时两位俄罗斯天文学家在巨蟹座天空处发现了一个小点。由于他们的望远镜属于国际科学光学监测网,于是该彗星被命名为ISON。
 
当时,ISON距太阳约10亿千米,这比大多数彗星被发现时的距离都要远。早期的发现暗示,ISON可能形状巨大,或者有着惊人的活跃性,人们因此预期,在它到达太阳系内部时,将发生一个历史性的景象。
 
2013年4月,当哈勃太空望远镜拍摄到ISON的图像时,最初的想法遭到质疑。尽管观测团队并不能直接测量该彗星的彗核,不过研究人员总结,其冰核心喷出的水量表明,它不会超过6千米宽,比彗星大小的平均水平还小。
 
9月下旬,由于ISON飞过火星,测量该彗星大小的另一次机会来临。火星勘测轨道飞行器(MRO)上的高分辨率成像科学设备(HiRISE)拍摄了一组模糊的黑白照片。这产生了更加精确的估测:ISON的宽度不会超过1.2千米。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研究彗星的Carey Lisse说:“它很小。”这引起了天文学家的担心。彗星核越小,它在近距离通过太阳时就越不可能生还。尽管如此,还是有一些科学家认为ISON可以安全通过。
 
11月20日,ISON喷洒出大量水蒸气,其速度表明它的宽度不超过500米。ISON离太阳越近,它看起来情况越不好。亚利桑那州洛厄尔天文台天文学家Matthew Knignt说:“它离太阳最近的那天早上,我们才真的感觉到‘糟了’。”11月28日,Knight、Battams和Lisse在基特峰聚集,共同观测ISON彗星。
 
该团队和来自世界各地的一些慧星迷在ISON飞过SOHO和STEREO观测范围时观测了好几个小时。ISON在接近太阳时,变得越来越模糊,第三个离太阳更近的太阳探测器完全无法观测到它。如果ISON保持完整,那么在太阳的远端就会出现彗核,然而最终出现的是一个幽灵般的残余灰尘云团,并迅速消退。
 
Battams说:“这是一个让人心碎的过程。”他在ISON观测博客上写道:“这颗彗星形成于45亿年前,在2013年11月28日消亡。”
 
尽管Battams和其他天文学家很失望,但他们很快将注意力转移到收集ISON死亡的线索上。一个主要困惑是,为何ISON会解体,而Lovejoy以更近的距离通过太阳时却存活下来。Knight表示,答案可能藏在它们古老的历史中。
 
经验借鉴
 
以前,天文学家从未观察过一个动态的新彗星会如此接近地通过太阳。ISON中原子燃烧的序列和速率是理解下一颗进入太阳系彗星的关键数据点。Lisse说:“我们已经知道,新彗星会动态地发展和改变。”这比天文学家在2011年从掠日彗星Elenin中了解的信息要多。当时Elenin也是首次进入太阳系内部,但是由于它过于暗淡,因此并没有在瓦解之前提供太多的科学信息。
 
更广泛地说,ISON的经历可以作为未来彗星观测的一个模板。Lisse表示,有14个项目参与到了拍摄天空中的彗星的任务中。这些经验带来了今年10月一个大事件的消息。一颗名为赛丁泉的彗星预计会在距火星14万千米的位置通过,这将是观测历史中距离最近的一次通过,而火星则将被笼罩在彗发中——彗核周围的冰与尘埃。由于赛丁泉和ISON的余波,2014年被标志为彗星之年。
 
对Battams来说,一切都还好。他一直密切关注着任何可能进入太阳中心区域的天体。Battams说:“现在我们只需要坐着等待。接下来还会发生有趣的事情。”(苗妮)
 
《中国科学报》 (2014-02-25 第3版 国际)
 
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