臺北市立天文科學教育館

天文學家利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀測了太陽系內的「半人馬小天體」29P/Schwassmann-Wachmann 1（簡稱29P），捕捉到了之前未曾觀測到的氣體噴流。這一發現有助於我們深入了解半人馬小天體以及行星形成的過程。

「半人馬小天體」之所以得名，是因其特徵兼具小行星和彗星的性質，像是混合體，猶如古希臘神話中的半人馬。這類天體處於一個天體動力學的過渡階段，由於受到行星微弱的重力擾動，它們逐漸從海王星外的穩定軌道（即寒冷的古柏帶）向內太陽系移動。半人馬小天體逐漸從穩定的小行星狀態轉變為活躍的彗星狀態，最終可能成為短周期彗星。在外太陽系冰凍環境中，這些天體已保存了數十億年。當它們開始解凍時，我們得以觀測其噴發或揮發出的物質，這有助於檢視太陽系形成時的重要線索，並研究其從外太陽系的冰凍原始狀態進化為彗星的過程。

29P是最著名的半人馬小天體之一，以其規律的周期性噴發聞名。大約每六到八週，29P就會出現活躍噴發，成為外太陽系中最活躍的天體之一。最新的韋伯望遠鏡觀測顯示，研究團隊發現了29P新的一氧化碳（CO）噴流，並首次觀測到之前未見的二氧化碳（CO2）噴流，這為理解29P的內部結構提供了新線索。先前的無線電波段觀測數據顯示，29P存在一股朝向太陽（及地球）的CO噴流。藉助韋伯望遠鏡的紅外線觀測，科學家得以更靈敏地探測其他化學物質，包括水（H2O）和CO2，而CO2是太陽系中碳的主要儲存形式之一。然而，目前尚未在29P的大氣中發現明顯的水蒸氣，這可能與其極低的溫度有關。

圖說：半人馬小天體29P/Schwassmann-Wachmann 1的噴發活動示意圖。Credits: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)

研究團隊基於觀測資料創建了29P噴流的三維模型，模型顯示CO和CO2噴流來自29P核心的不同區域。雖然韋伯望遠鏡無法直接解析29P的核心結構，但噴流的方向暗示核心可能由多個成分不同的天體聚合而成。29P表面上CO和CO2的豐度差異顯著也進一步支持了29P可能由多個部分構成的假設，或許是由兩個天體聚合形成的混合體，這些天體經歷了不同的形成過程。這一發現挑戰了我們對於古柏帶中原始天體形成和保存方式的理解。目前，韋伯望遠鏡的觀測猶如一張瞬間的快照，研究團隊希望未來能長期追蹤29P。長期觀測這些噴流將使我們更深入了解其噴發機制。此次的研究成果已發表於《自然》期刊（Faggi et al. 2024）。

圖說：半人馬小天體29P/Schwassmann-Wachmann 1的三維模型。Credits: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Sara Faggi (NASA-GSFC, American University)

半人馬小天體可視為行星系統形成過程的遺跡。由於它們長期儲存在極低溫環境中，保存了早期太陽系中揮發性物質的資訊。韋伯望遠鏡以其卓越的解析度和靈敏度，為我們打開了研究半人馬小天體的新大門。透過對這些天體的深入研究，我們將能更全面地理解太陽系的形成與演化。（編譯 / 段皓元）

資料來源：Webb

相關影片：