3I/ATLAS：第三个星际访客揭示其“超活跃”的产水能力
一个星际天体（ISO）进入太阳系，为我们提供了一个罕见且具有重大意义的机会，让我们无需离开自己的宇宙家园就能研究遥远行星系统的构成要素。最新的此类访客 3I/ATLAS 为天文学家提供了丰富的数据，挑战了此前关于这些“游牧天体”成分的假设。虽然第一个星际天体 1I/‘Oumuamua 表现为干燥的岩石碎片，而第二个星际天体 2I/Borisov 的行为更像一颗典型的彗星，但 3I/ATLAS 已显示出其“超活跃”的一面。利用空间观测进行的最新研究表明，3I/ATLAS 释放水分的规模暗示其拥有与其前辈显著不同的演化历史。
由中山大学（Sun Yat-sen University）行星环境与天体生物学研究实验室（PEARL）的 Hanjie Tan 和 Jian-Yang Li，以及应用物理研究所“Nello Carrara”（IFAC–CNR）的 Xiaoran Yan 领导的一项研究，表征了 3I/ATLAS 在关键的近日点通过期间的产水情况。由于该天体的轨道极其靠近太阳，地面望远镜因受太阳强光干扰而无法对其进行观测。为了绕过这一限制，研究人员转而使用了 SOHO（太阳和日球层观测台）航天器上的 SWAN（太阳风各向异性探测器）仪器，该仪器通过监测中性氢原子的莱曼-阿尔法（Lyman-alpha）辐射来进行观测，这些氢原子是水分子受太阳辐射解离后的副产物。
表征 3I/ATLAS 的超活跃性质
这项发表在向美国天文学会（American Astronomical Society）提交的最新论文草案中的核心发现是，近日点后的峰值产水率（$Q_{\mathrm{H_2O}}$）约为每秒 $4 \times 10^{28}$ 个分子。为了直观理解这一点，研究人员计算出，假设其彗核半径最大为 2.8 公里，这需要该天体表面至少有大约 30% 的“活跃份额”。在彗星科学中，如此大比例的活跃度被认为是“超活跃”的，因为大多数太阳系彗星仅从其表面积的一小部分进行升华。
这种活跃水平与太阳系内著名的超活跃彗星 103P/Hartley 2 惊人地相似。Tan 及其同事建议，如此高的产水率可能并非仅来自彗核表面，而是来自冰粒的“分布源”。随着 3I/ATLAS 接近太阳，它似乎剥离出了一片由细小冰粒子组成的云团，这些粒子同步升华，从而创造了比固体彗核自身所能提供的更大的有效产水表面积。这表明 3I/ATLAS 可能是其母系统中一个体积更大、富含挥发物的微行星碎块。
近日点不对称性的动力学
这项研究最重要的贡献之一是记录了该天体行为中的“近日点不对称性”。通过将近日点后的测量结果与此前的近日点前数据进行对比，研究团队发现 3I/ATLAS 变亮和变暗的速率并不一致。在向太阳靠近的行程中，其产水率急剧上升，缩放比例为 $r_h^{-5.9 \pm 0.8}$（其中 $r_h$ 为日心距离）。然而，当它远离太阳（出站）时，下降趋势要平缓得多，缩放比例为 $r_h^{-3.3 \pm 0.3}$。
这种不对称性提供了该天体热演化的指纹。入站时的陡峭上升可能标志着 3I/ATLAS 在大约 2 到 3 个天文单位处穿过了“水冰升华线”，导致处于休眠状态的挥发物突然苏醒。近日点后较平缓的下降则表明，在最接近太阳期间吸收的热能持续驱动着活跃度，即使在该天体退回到太阳系较冷区域时也是如此。研究人员使用 3D 蒙特卡罗模拟确认，这种行为是由作用于稳定活跃区域的太阳辐射驱动的，而非一次性爆发或碎裂事件。
来自星系的稳定信使
尽管经受了近日点的剧烈热量，3I/ATLAS 仍表现出卓越的结构稳定性。与在太阳附近表现出光学爆发和产水率迅速下降迹象的 2I/Borisov 不同，3I/ATLAS 保持了稳定的产出。根据研究团队的说法，在 2025 年 11 月至 12 月的观测窗口期间，“没有迹象表明出现爆发或产水率迅速枯竭”。这种稳定性表明其成分是均质的，挥发物均匀分布在彗核基质中，而非被困在孤立的口袋里。
3I/ATLAS 的动力学年龄进一步增加了它的神秘感。凭借极高的双曲超速（$v_{\infty} \approx 58$ km/s），该天体的年龄估计在 30 亿到 110 亿年之间。这个年龄意味着它形成于银河系的早期历史阶段，可能早于我们太阳的诞生。它在星际空间的深度严寒中度过了数十亿年的“原始”本质，使得它对太阳热量的突然超活跃反应成为理解其他恒星系统中微行星形成的关键数据点。
三个星际访客的比较
3I/ATLAS 的发现和表征使得对三个已知星际天体进行有趣的对比研究成为可能：
- 1I/‘Oumuamua： 似乎不活跃，没有可检测到的彗发，导致了从氮冰碎片到岩石碎片的各种理论。
- 2I/Borisov： 挥发物极度丰富，一氧化碳/水比例高，但在太阳附近容易发生碎裂和爆发。
- 3I/ATLAS： 以“超活跃”的产水能力和稳定的、以尘粒为主的彗发为特征，反映了我们系统中一些最活跃的彗星。
这种多样性表明，不存在“标准”的星际天体。相反，银河系似乎布满了各种各样的小天体，反映了它们形成时原行星盘中多样化的化学和热环境。
对彗星科学未来的启示
Tan、Yan 和 Li 的研究强调了像 SOHO 这样的空间资产在现代天文学中不可或缺的作用。如果没有 SWAN 仪器，3I/ATLAS 最活跃的阶段对研究人员来说将是一个“黑匣子”。随着天文界为未来的任务做准备——例如欧洲空间局（ESA）的彗星拦截者（Comet Interceptor）任务，该任务旨在太空中等待原始彗星或 ISO 进入系统——来自 3I/ATLAS 的数据为预期目标提供了蓝图。
展望未来，3I/ATLAS 的稳定性和富水特性让我们燃起希望：未来的星际访客可能不仅仅是转瞬即逝的影子。如果像 3I/ATLAS 这样的天体是普遍存在的，它们可能会充当“银河系输送系统”，跨越恒星间遥远的距离携带水分和有机分子。目前，3I/ATLAS 正继续它返回星际真空的旅程，留下了一串数据，显著扩展了我们对银河系漫游者的认知。
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