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美國國家航空航天局（NASA）格雷爾斯雨燕天文臺（Neil Gehrels Swift Observatory）首次追蹤研究了一顆星際彗星，并記錄下該彗星在即將繞到近日點時的失水情況。該彗星名為2I/鮑里索夫（2I/Borisov），2021年末造訪了太陽系。

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圖片來源：Sci-News

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香港大學、美國阿拉巴馬州奧本大學的研究生邢澤西（Zexi Xing，音譯）是這項研究的負責人，邢澤西稱：“很難把鮑里索夫完全歸為太陽系內(nèi)的某種彗星，但與太陽系內(nèi)的彗星相比，鮑里索夫又不十分突出?！彼€說：“我們已知的彗星中有和鮑里索夫相似的，它們至少有一個共性。”

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彗星是混雜著宇宙塵埃的氣體冰塊，人們通常稱之為“臟雪球”。據(jù)科學家估計，圍繞太陽運行的彗星有數(shù)千億顆。從速度和估算的運行軌道來看，鮑里索夫一定來自太陽系之外。事實上，鮑里索夫是已知唯二的系外訪客，人類發(fā)現(xiàn)的首顆系外訪客名為奧陌陌（Oumuamua），與鮑里索夫的發(fā)現(xiàn)僅相隔兩年。

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圖片來源：Phys.org

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?2021年8月30日，業(yè)余天文學家杰納迪·鮑里索夫（Gennady Borisov）發(fā)現(xiàn)了這顆彗星，當時距離該彗星運行至軌道近日點仍有四個月，為多個天基和地基觀測站留出了后續(xù)觀測的時間。10月，科學家們利用新墨西哥州太陽黑子鎮(zhèn)的阿帕奇天文臺（Apache Point Observatory）首次發(fā)現(xiàn)了該彗星上存在水的痕跡。接下來的幾個月中，美國宇航局哈勃太空望遠鏡捕捉到了鮑里索夫以時速10萬英里（16.1萬公里）飛馳的畫面。

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彗星接近太陽時，其表面原本凍結(jié)的物質(zhì)——如二氧化碳——升溫并開始轉(zhuǎn)化為氣體。當彗星與太陽相距不到2.3億英里（3.7億公里）時，其表面的水氣化。邢澤西和同事證實了鮑里索夫上存在水，并用紫外線測量了水含量的波動。

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圖片來源：CNET

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在陽光的作用下，水分子分裂，產(chǎn)物之中包括羥基（氫氧基）——由一個氧原子和一個氫原子組成的分子，雨燕天文臺使用紫外/光學望遠鏡（UVOT）來檢測該類羥基所發(fā)出的紫外光。2021年9月至2022年2月間，邢澤西的團隊利用雨燕天文臺對鮑里索夫進行了六次觀察。他們發(fā)現(xiàn)，在2019年11月1日至12月1日期間，鮑里索夫產(chǎn)生的羥基量——即水量——增加了50%，此時鮑里索夫與太陽擦肩而過剛好只過了一周。

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在高峰期，鮑里索夫每秒會失去8加侖（30升）水，水量足以在大約10秒內(nèi)裝滿一個浴缸；而在其太陽系之旅中，有將近6100萬加侖（2.3億升）水從中釋放——足以填滿92個奧運規(guī)模的游池。隨著與太陽相距越來越遠，鮑里索夫的失水速度迅速放緩，變化比任何其他已知的彗星都要明顯。邢澤西稱，導致該現(xiàn)象的因素很多，包括表面侵蝕、旋轉(zhuǎn)變化，乃至彗星發(fā)生碎裂。事實上，根據(jù)哈勃和其他天文臺的數(shù)據(jù)，鮑里索夫的多個主塊都在三月底與主體斷開了。

圖片來源：bibliotecapleyades

“我們很高興雨燕天文臺能夠迅速做出反應，并利用紫外線捕捉到水份的變化率，”奧本大學的物理學副教授丹尼斯·博德維茨（Dennis Bodewits）如是說?！坝^測彗星時，我們以水量為基，用與水份含量的比率來描述其他探測到的分子量。水份含量為其他觀察提供了非常重要的背景?！?/p>

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雨燕任務對鮑里索夫水量的評估也有利于研究小組計算鮑里索夫的最小體積——直徑不到半英里（0.74公里）。該小組估計，鮑里索夫在到達近日點時，表面至少有55%的區(qū)域處于活躍狀態(tài)，不斷散出物質(zhì)——活躍面積相當于紐約中央公園的一半大小，同等情況下至少十倍于大多數(shù)觀測到的太陽系彗星。鮑里索夫與太陽系彗星的區(qū)別還體現(xiàn)在其他方面，例如，天文學家利用哈勃和智利的射電望遠鏡阿塔卡馬大型毫米[/亞毫米]波陣（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）發(fā)現(xiàn)鮑里索夫在近日點產(chǎn)生的一氧化碳量十分之高，區(qū)別于其他彗星。

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圖片來源：KTOO

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不過，鮑里索夫與太陽系彗星也有一些共同特征。接近太陽時，鮑里索夫的產(chǎn)水量有所增加，這與太陽系彗星的情況類似。邢澤西及其團隊還發(fā)現(xiàn)，鮑里索夫的產(chǎn)物中還包括其他類型的化學分子，從種類和產(chǎn)量方面來看都與本土彗星的情況相似。以羥基和氰基（由碳和氮組成的化合物）為例：鮑里索夫產(chǎn)生了少量雙原子碳（一種由兩個碳原子組成的分子）和脒基（一種基于氨的分子），大約25%到30%的太陽系彗星也都會產(chǎn)出這些物質(zhì)。

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但是，綜合整體特征而言，鮑里索夫無法歸入任何一個已知的彗星家族。目前，科學家們?nèi)栽谒伎既绾卫悯U里索夫的獨特性來研究其他行星系統(tǒng)中彗星。

圖片來源：wolfcreek

該小組的研究結(jié)果發(fā)表于2021年4月27日刊的《天體物理學快報》上，網(wǎng)上即可查閱。

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雨燕天文臺的建設初衷是研究伽馬射線爆發(fā)，伽馬射線爆發(fā)是宇宙中最明亮的爆炸現(xiàn)象。但在過去十年中，博德維茨利利用雨燕天文臺了解了更多關于來自太陽系外的彗星。地球大氣層吸收了大多數(shù)照向地球的紫外光，因此科學家必須從太空中尋找羥基的特征。雨燕天文臺的觀測策略靈活，反應時間短，因此可以用來有效觀測那些有意思的新目標。對鮑里索夫的前五次觀測由12小時內(nèi)拍攝的光學望遠鏡（UVOT）快照組成；上一次對它的觀測結(jié)果由一系列圖像組成，拍攝歷時24小時。

圖片來源：The Verge

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在美國馬里蘭州格林貝爾特的戈達德航天中心（Goddard Space Flight Center），雨燕任務首席研究員布拉德利·岑科（S. Bradley Cenko）說:“團隊最初并沒有想到雨燕任務會對我們理解行星科學做出如此巨大的貢獻。”“但這是一個很好的例子，證明人們能夠想出具有創(chuàng)造性、兼具足夠?qū)嵙Φ姆椒?，以此推進未知又叫人興奮的科學事業(yè)。”

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圖片來源：spacenews

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戈達德航天中心與美國大學城的賓夕法尼亞州立大學、新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室以及弗吉尼亞州杜勒斯的諾斯羅普·格魯曼創(chuàng)新系統(tǒng)公司合作管理雨燕天文臺。合作伙伴還包括英國萊斯特大學和穆拉德空間科學實驗室，以及意大利布雷拉天文臺和意大利航天局。

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作者：Jeannette Kazmierczak

FY：Bévis

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