太陽系邊緣小天體現(xiàn)神秘稀薄大氣層，成因成謎

IT之家 5 月 6 日消息，在太陽系遙遠冰冷的外圍區(qū)域，有一顆體積極小的天體竟神秘地生成了大氣層，科學家對其形成的方式與原因百思不得其解。

一種推測是，該大氣層由冰火山活動形成，本質(zhì)上就是冰封火山噴發(fā)。另一種觀點認為，大氣層的形成可能與天體撞擊有關(guān)；但若是撞擊所致，這次撞擊必然發(fā)生在相對較近的時期，因為如此稀薄的大氣層會不斷向太空散逸，千年之內(nèi)便會徹底消失。

據(jù)IT之家了解，這顆擁有大氣層的天體編號為 (612533) 2002 XV93，屬于海王星外天體。這類天體位于最外側(cè)行星海王星軌道之外的柯伊伯帶中。更具體地說，其屬于冥族小天體，和冥王星一樣，與海王星形成 2:3 軌道共振：海王星每繞太陽公轉(zhuǎn)三圈，該天體就繞太陽公轉(zhuǎn)兩圈。

此外，(612533) 2002 XV93 的體型遠小于冥王星：其直徑約 500 公里，而冥王星直徑達 2377 公里。

冥王星質(zhì)量足夠大，運行至近日點（橢圓軌道上距離太陽最近的位置）時，能夠維系一層稀薄的外逸層大氣。冥王星表面還留存著分子氮、甲烷、一氧化碳等冰體，這些物質(zhì)可以升華成氣體。冥王星公轉(zhuǎn)周期長達 248 年，當它逐漸遠離太陽時，這些氣態(tài)物質(zhì)又會重新凝結(jié)凍結(jié)在星球表面。

然而，人類從未在柯伊伯帶及更遠區(qū)域發(fā)現(xiàn)過其他擁有外逸層的天體，僅在冥王星的同等級矮行星鳥神星上檢測到過甲烷釋氣現(xiàn)象。2024 年 1 月 10 日，(612533) 2002 XV93 發(fā)生掩星現(xiàn)象（從恒星前方掠過），參與此次觀測的日本專業(yè)及業(yè)余天文學家，原本也沒預(yù)料到會發(fā)現(xiàn)它存在大氣層。

倘若 (612533) 2002 XV93 完全沒有大氣，從地球視角看，它掠過恒星前方時，恒星光芒會瞬間消失。但實際觀測情況并非如此。

從地球上，這類恒星掩星現(xiàn)象僅能在地球表面極狹窄的帶狀區(qū)域內(nèi)觀測到。通過在該帶狀區(qū)域邊緣布設(shè)觀測點，天文學家便能測算出掩星天體的大小與形狀。

為此，日本國立天文臺石垣島天文臺的有松航領(lǐng)導(dǎo)一支由專業(yè)和業(yè)余天文學家組成的團隊，于 2024 年 1 月 10 日，在日本四個不同觀測點，對 (612533) 2002 XV93 遮掩一顆 15 等恒星的過程展開觀測。（恒星的星等代表其亮度，例如月球星等約為 - 12 等，因此 15 等恒星十分昏暗。）

觀測團隊使用的設(shè)備包括：東京大學木曾天文臺口徑 1.05 米的專業(yè)望遠鏡，以及搭載互補金屬氧化物半導(dǎo)體相機的業(yè)余級 200 毫米、250 毫米望遠鏡。這類相機靈敏度極高，能夠捕捉到恒星光芒在被天體邊緣遮擋前逐漸變暗的過程。只有天體存在大氣層時，星光才會被大氣衰減、折射，出現(xiàn)這種漸變遮光現(xiàn)象。

這層外逸層極為稀薄，表面氣壓僅為 100 至 200 納巴，相當于地球大氣壓強的五百萬到一千萬分之一。作為對比，冥王星稀薄大氣層的平均表面氣壓約為 10 毫巴。

目前，(612533) 2002 XV93 的大氣成分尚無定論。按冥王星的規(guī)律推測，它本該擁有以氮氣為主、夾雜微量甲烷和一氧化碳的大氣，但詹姆斯?韋伯空間望遠鏡此前觀測并未在其表面發(fā)現(xiàn)可升華成大氣的這類冰體。同時，該天體表面溫度僅比絕對零度高出 40 至 50 攝氏度，低溫環(huán)境下，水冰和干冰也根本無法升華成氣態(tài)。

既然上述可升華冰體都不存在，這層大氣究竟從何而來？有松航團隊提出了兩種解釋，但均存在難以自洽的疑點。

第一種假說：一顆彗星天體撞擊了 (612533) 2002 XV93，大氣氣體來自撞擊天體本身。但該天體引力微弱，大氣會持續(xù)向太空逃逸，僅能維持千年左右。若該假說成立，就意味著人類極其幸運，恰好在這場罕見撞擊發(fā)生的同期觀測到了這顆天體。

究竟是驚天巧合，還是純粹的運氣？

另一種假說：可升華的冰體埋藏在天體地表之下，經(jīng)由某種冰火山活動被釋放至地表。但目前科學界尚不清楚，究竟是什么能量在驅(qū)動這類地質(zhì)活動。

無論成因如何，(612533) 2002 XV93 外逸層的發(fā)現(xiàn)，顛覆了人類以往對“哪些天體能夠維系大氣層”的認知。

研究團隊在論文中表示：“這一發(fā)現(xiàn)表明，‘只有大型行星才能形成全球性濃密大氣’的傳統(tǒng)觀點，必須重新修正。”

下一步研究重點是探明該天體的大氣成分，而這項任務(wù)最適合由詹姆斯?韋伯空間望遠鏡完成。長期監(jiān)測大氣密度變化也能提供關(guān)鍵線索：若未來數(shù)年大氣密度持續(xù)下降，說明大氣源自天體撞擊，氣體正不斷向太空散逸；若密度保持穩(wěn)定，則意味著大氣有持續(xù)的內(nèi)部釋氣補給。

該研究成果已于 5 月 4 日發(fā)表在《自然?天文學》期刊上。

參考資料：

• https://www.nature.com/articles/s41550-026-02846-1