這顆彗星自從它被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其詭異而又獨(dú)特的雙瓣形狀就一直是個(gè)謎，而這個(gè)謎又是其形成的線索。

彗星 67P/Churyumov-Gerasimenko 在其45億年的歷史中，經(jīng)過(guò)了一系列艱難的變化才最終形成了目前獨(dú)特的形狀。 圖片來(lái)源: C. Matonti et al (2019)

?

覺得最近的壓力很大？有一種彗星的壓力可能比你還大。歐空局（ESA）的羅塞塔任務(wù)表明，從彗星 67P/Churyumov-Gerasimenko的形狀引起的地質(zhì)應(yīng)力一直是塑造彗星形成后至今表面和內(nèi)部的關(guān)鍵過(guò)程。

又小，又冷，同時(shí)帶有兩個(gè)不同的裂片的彗星對(duì)于太陽(yáng)系來(lái)說(shuō)可再常見不過(guò)了，其中，一個(gè)對(duì)于這類彗星的形成方式的解釋是在大約45億年前形成初期，兩個(gè)原始物質(zhì)的緩慢碰撞。一項(xiàng)新的研究通過(guò)羅塞塔在67P/C-G兩年間收集的數(shù)據(jù)來(lái)闡述了隨后數(shù)十億年中產(chǎn)生的彗星的機(jī)制。

研究人員利用從羅塞塔的高分辨率OSIRIS攝像機(jī)獲得的圖像數(shù)據(jù)對(duì)彗星進(jìn)行了應(yīng)力建模和3D分析，并以此探究彗星的表面和內(nèi)部。

?

“我們發(fā)現(xiàn)彗星的斷層和裂縫網(wǎng)已經(jīng)穿透到了地下500米深處，并且向外延伸了至少幾百米”，來(lái)自法國(guó)艾克斯-馬賽大學(xué)的主要作者，克里斯托弗·馬通尼說(shuō)，“這些地質(zhì)特征是由剪應(yīng)力創(chuàng)造的，剪應(yīng)力是一種通常能夠在地球和其他陸地行星的地震和冰川中出現(xiàn)的機(jī)械力。當(dāng)兩個(gè)物體或者塊體沿著不同方向推動(dòng)彼此并產(chǎn)生位移時(shí)常能見到。出現(xiàn)這種現(xiàn)象十分令人興奮：這揭示了許多有關(guān)彗星形狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和它如何隨著時(shí)間變化和演變的信息。”

通過(guò)研究人員創(chuàng)造的模型發(fā)現(xiàn)，剪應(yīng)力在彗星被稱為“頸部”的中心位置達(dá)到峰頂，而該頸部也就是連接著彗星兩個(gè)裂片的最薄部分。

?

“就像是兩個(gè)半球的內(nèi)部都在產(chǎn)生拉扯和移動(dòng)的力，使得中間的部分，也就是我們現(xiàn)在看到的“頸部”變形，就是通過(guò)這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的機(jī)械侵蝕使得“頸部”變薄?！蓖瑯邮莵?lái)自法國(guó)艾克斯-馬賽大學(xué)的共同作者Olivier Groussin如此解釋道?！拔覀冋J(rèn)為這種力來(lái)自于彗星的旋轉(zhuǎn)和它最初的不對(duì)稱形狀相結(jié)合所產(chǎn)生的，當(dāng)上述提到的那些元素圍繞著彗星的重心扭轉(zhuǎn)時(shí)，在彗星的“頸部”和“頭部”相應(yīng)地也就形成了一個(gè)扭矩?！?/p>

觀測(cè)結(jié)果表明，剪切應(yīng)力在彗星四周各處，特別是在彗星的“頸部”都在發(fā)揮著作用。事實(shí)上，裂縫是能夠如此深入地傳播到67P/C-G內(nèi)同樣證明了彗星內(nèi)部材質(zhì)顯現(xiàn)出一種脆性，一種在此之前從未被了解過(guò)的性質(zhì)。

?

對(duì)柯伊伯帶的一個(gè)天體Ultima Thule （左圖）的第一印象表現(xiàn)出了與歐空局探索了兩年多的羅塞塔任務(wù)觀測(cè)彗星（右）在外觀形狀上的驚人相似。

圖片來(lái)源: Left: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute; right: ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

?

“沒(méi)有任何一種已知的觀察結(jié)果能讓我們用熱過(guò)程來(lái)解釋這種形成”，英國(guó)斯特林大學(xué)的合著者Nick Attree補(bǔ)充道?！爸挥袑⑵浣忉尀榇嬖谝粋€(gè)應(yīng)用到整個(gè)彗星全體的一個(gè)剪切力，特別是彗星的“頸部”，在數(shù)十億年的歷史中使其變形，損壞。只有這樣才說(shuō)得通?！?/p>

升華，也就是冰直接變成蒸汽并最終成為彗星塵埃被拖入太空的過(guò)程，是另一個(gè)眾所周知的可以隨著時(shí)間影響彗星外表的過(guò)程。特別的，當(dāng)彗星接近太陽(yáng)的時(shí)候，氣溫升高使得這一過(guò)程加速進(jìn)行，能夠讓他更快地失去冰塊，也許羅塞塔任務(wù)在67P/C-G彗星期間捕捉到的一些戲劇性的爆發(fā)是最好的視覺效果。這一性的結(jié)論闡明了雙葉彗星是如何隨著時(shí)間的推移而演變的。

?

彗星一般被認(rèn)為是在太陽(yáng)系早期形成的，在進(jìn)入太陽(yáng)系內(nèi)部之前被存儲(chǔ)在大量的，太陽(yáng)系外援的云層之中。正是在太陽(yáng)系最初的“建設(shè)”階段，67P/C-G慢慢地形成了他最初的樣子。

這項(xiàng)新研究表明了，即使是在距離太陽(yáng)很遠(yuǎn)的地方，剪切力也會(huì)在形成后數(shù)十億年的時(shí)間范圍內(nèi)起作用，而在此過(guò)程中，升華也在更短的百萬(wàn)年的時(shí)間范圍中繼續(xù)塑造者彗星的外表，尤其是在已經(jīng)被剪切力削弱過(guò)的“頸部”。

?

一顆賽特的是，NASA的“新視野”探測(cè)器最近傳輸回來(lái)了其飛掠Ultima Thule的圖像，也就是我們上文提到的柯伊伯帶的海王星橫穿天體，是位于太陽(yáng)系外圍的彗星和其他小物體的儲(chǔ)藏間。數(shù)據(jù)證明了即使該星體相對(duì)于羅塞塔的彗星稍顯扁平，但該物體也有著相似的雙瓣形狀。

?

“這種形狀上的相似性是有可能的，但作用力結(jié)構(gòu)上的相似似乎很難在Ultima Thule上顯示出來(lái)”克里斯托弗評(píng)論說(shuō)。隨著更多的更詳細(xì)的圖像被傳回且分析之后，時(shí)間將會(huì)告訴我們它是否也經(jīng)歷過(guò)和67P/C-G相同的演化歷史。

“彗星只是我們用來(lái)認(rèn)識(shí)和了解太陽(yáng)系形成和進(jìn)化的一種粗糙手段”來(lái)自歐空局的羅塞塔項(xiàng)目科學(xué)家馬特泰勒如此說(shuō)道?！拔覀冎皇翘剿髁宋覀兯芰私獾降膸最w彗星，而67P是我們到目前為止探索過(guò)的最詳細(xì)的一顆。羅塞塔任務(wù)為我們揭開了太多這些冰冷游客的秘密，可以讓我們以一種前所未有的方式一窺太陽(yáng)系的邊緣和最初的樣子”

?

?

作者: Lee Cavendish

FY: 百里酚藍(lán)

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處