“深空飞行的雪人”（snowmen flying through deep space）并非节日玩笑——这是近期研究中出现的一种文字描述，解释了为什么海王星外许多小世界看起来像两个融合在一起的雪球。2026年2月26日，Michigan State University的研究人员发表了一项模拟研究（已获《英国皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）3月刊接收），该研究重现了在 Arrokoth 等柯伊伯带天体（Kuiper Belt Objects）中看到的标志性双叶形状。该模型由 MSU 研究生 Jackson Barnes 与 Planetary Science Institute 及 MSU 的合作者共同开发，表明当冰冷的卵石云在自身引力作用下塌缩，且各碎片温和合并而非粉碎时，接触双星（contact binaries）会自然产生。
深空飞行的雪人：一项新模拟
Barnes 及其同事的模拟首次完整、自洽地证明了卵石云的引力塌缩可以产生原始的接触双星——即由两个像雪人一样接触的叶瓣组成的天体。该团队制作了一段模拟运行的短视频，视频中多个小天体形成、迁移并沉降成接触状态，而不需要罕见的高能碰撞或奇异过程。这一点至关重要，因为来自航天器飞掠和望远镜巡天的观测显示，很大一部分小型柯伊伯带天体都是接触双星；任何可行的形成模型都必须能够频繁地创造它们。
以前的计算模型通常在没有人工调整碰撞或外部事件的情况下，无法将两个叶瓣结合在一起。Barnes 的方法从分散的、引力不稳定的卵石云开始，让引力和动力学相互作用发挥作用。随着云团收缩，较低的相对速度和温和的相遇使得聚集体合并成双叶构型，并在稀疏的太阳系外围保持完好。
深空飞行的雪人与柯伊伯带
新的模拟表明，此类形状是柯伊伯带微行星（planetesimal）形成的自然结果，而非罕见的意外。一旦两个叶瓣在该带的低密度环境中接触，后续发生高速碰撞的可能性就很小，这意味着这些脆弱的雪人形状可以存活数十亿年，作为了解早期太阳系的相对原始的窗口展现在我们面前。
冰冷粘附的物理学
在太阳系外围的近真空和微重力环境下，微小的覆霜颗粒和卵石是如何粘在一起的？答案是温和的动力学和表面物理学的结合。当碰撞颗粒之间的速度较低时（每秒厘米级而非公里级），碰撞往往会耗散能量，使聚集体凝聚而不是破碎。这种条件在卵石云的缓慢塌缩过程中很常见，此时相互引力降低了邻居之间的相对速度。
在微观尺度上，短程力很重要。范德华力（Van der Waals attraction）——分子间一种微弱且普遍存在的力——在接触面积较小时提供凝聚力。静电电荷也可能发挥作用：来自阳光或等离子体的差异充电可以使颗粒根据情况相互吸引或排斥，并可能有助于形成最初的团块。同时，在柯伊伯带的低温环境下，冰的表现与地球温度下不同：表面可能更有粘性，因为接触点的烧结（sintering）和霜冻重新凝华会随着时间的推移将颗粒焊接在一起。
行星科学领域的实验室研究和理论工作表明，这些效应的结合——低碰撞速度、范德华凝聚力、可能的静电吸引和热驱动烧结——使得即使是微小的冰粒也能合并成更大的聚集体。这些聚集体随后可以在失控过程中进一步吸积，最终形成公里级的微行星，并且在 Barnes 模拟的条件下，形成双叶接触双星。
从卵石到接触双星：引力塌缩
MSU 团队测试的核心机制是致密冰冷卵石云的引力塌缩。在这种图景中，固体的局部集中——原行星盘中的气象团块或使颗粒集中的流向不稳定性（streaming instabilities）——使得子区域的密度大到足以让自身引力克服云团分散的倾向。随着云团塌缩，单个卵石团块形成并相互作用。
至关重要的一点是，塌缩往往会在附近团块之间产生较低的相对速度，因为这个过程是集体性的：颗粒向共同的中心坠落，而不是在随机的高速轨道上相互撞击。这些温和的相遇有利于粘附并重新配置成接触双星。MSU 的模拟显示了多种可能的结果——单个球体、联星和接触双星——这取决于初始密度和角动量，但双叶形状在现实的参数范围内自然出现，解释了为什么望远镜和航天器观测发现了大量的此类天体。
表面过程与航天器积霜
帮助冰粒在柯伊伯带凝聚的相同表面物理学，也解释了为什么霜会附着在轨道上的航天器表面，或者为什么霜会在太阳系寒冷地区的着陆器和仪器上积累。在微重力环境下，没有强大的向下引力来剪切掉霜层；相反，分子力和缓慢的重新凝华使霜保持附着。静电粘附会使尘埃和冰粒粘在太阳能电池板和传感器上，这给在多尘或富含挥发物环境中运行的任务带来了真正的工程难题。
理解这些机制不仅是学术性的：预测表面烧结的速度，或者两个叶瓣之间的接触在热循环下的弹性如何，会影响科学家如何解释远程观测并规划未来的任务。例如，未来针对双叶 KBO 的着陆器将需要考虑到，与天体的其余部分相比，脆弱的接触区域可能结合得非常微弱。
意义与未来观测
展望未来，通过增加小型柯伊伯带天体普查数量的望远镜巡天，以及任何未来的飞掠或交会任务，可以测试塌缩模型的详细预测：叶瓣尺寸分布、自转状态、表面孔隙度以及原始接触双星的频率。实验室实验和精细模拟也将探究控制冰粒最早粘附的微观物理学——范德华力、静电和烧结。总之，这些证据链将使我们更清晰地了解行星的基石是如何在太阳系最寒冷的偏远地区组装而成的。
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