臺北市立天文科學教育館

天文學家在研究太陽系外圍的矮行星——鳥神星時，發現了一個驚人的現象。透過使用韋伯太空望遠鏡（JWST）和其他天文望遠鏡的數據，他們發現鳥神星在中紅外線波段（MIR）上發出過量的輻射，這種輻射過量無法僅由太陽光加熱表面來解釋。

圖說：哈伯望遠鏡拍攝的鳥神星與左上方尚未正式命名的小衛星。圖源：NASA, ESA, and A. Parker and M. Buie (Southwest Research Institute)

鳥神星是目前已知的最大、最亮的古伯帶天體之一。早在之前的觀測中，科學家已經利用史匹哲（Spitzer）和赫雪爾（Herschel）太空望遠鏡觀察到其表面有中紅外線輻射的過量。然而，這些測量數據未能提供足夠的解析度來揭示此現象的詳細機制。韋伯太空望遠鏡最新的觀測結果則進一步證實了這一現象，並顯示這種過量輻射的溫度高達約150K，這遠高於鳥神星在距離太陽52天文單位處的理論溫度。研究提出兩種可能的假設解釋這個觀察結果，下面來詳細介紹：

第一種可能性：鳥神星上的「熱點」

科學家認為鳥神星的表面可能有一個「熱點」，這是一個不斷釋放熱量的區域。熱點或許類似於土星的衛星土衛二上發現的冰火山活動，可將物質從地下帶到表面，產生額外的熱量。研究指出，這個假設的熱點溫度約為150K，比太陽光加熱的正常表面溫度高許多。這個熱點的面積約為一個半徑10公里的小區域，雖然只佔鳥神星總表面的一小部分，但足以解釋中紅外線的過量輻射。

第二種可能性：鳥神星周圍的塵埃環

另一個可能性是，鳥神星周圍存在一個由小顆粒組成的環系統。這些顆粒非常細小，直徑只有100到200奈米，主要由碳質材料構成。由於顆粒小，散熱效率低容易升溫，這使得它們能夠達到比環境溫度更高的溫度，並在中紅外線波段發出較強的輻射。這樣的塵埃環與外太陽系中其他天體，如女凱龍星和妊神星的環系統相似，可能是由小型衛星或其他碰撞過程的塵埃所形成。

圖說：鳥神星假設中的環系統隨時間演化的過程。這些小顆粒因受到太陽輻射壓力和坡印廷-羅伯遜（Poynting-Robertson）效應的影響，壽命約為10年左右。如果塵埃環由單一事件形成，例如一次性噴發或碰撞，則應該已經在數十年間消失。然而持續的觀測顯示鳥神星的中紅外輻射並未隨時間減弱，這暗示可能存在持續的物質供應來源。圖源：Kiss, Csaba et al. “Prominent mid-infrared excess of the dwarf planet (136472) Makemake discovered by JWST/MIRI indicates ongoing activity.” (2024).

這兩種解釋都有其有趣之處。持續的熱點代表鳥神星可能有活躍的地質活動，例如冰火山，這在遙遠的天體上是非常罕見的現象。而塵埃環的假設則代表鳥神星周圍可能存在著一個不尋常的環系統，這些顆粒在太陽系外圍的天體中扮演了新的角色。研究人員強調，還需要更多的中紅外觀測來驗證這兩個假設。他們建議觀測鳥神星自轉的不同階段，以確認是否能看到熱輻射變化。如果發現輻射隨時間變化，將有助於支持熱點理論；如果輻射穩定，則可能更符合塵埃環的假設。未來的掩星觀測也可以測試塵埃環的存在並確認組成和結構。兩種解釋之間並不完全互斥，鳥神星的熱點活動可能導致了小顆粒的釋放和形成環系統，類似於土星的E環由土衛二的水冰噴發所供應的情形。（編譯／王庭萱） 

研究已經投稿至《天文物理學快報》並接受審核，並在線上預印本資料庫中留存預印版。

資料來源：Kiss, Csaba et al. 2024