彗星自转为何改变？哈勃空间望远镜观测数据

彗核上的挥发性活动导致了各向异性出气，这是由于当彗星接近太阳时，冰的升华导致气体和尘埃喷射不均。这一过程产生的反作用力或扭矩可以极大地改变彗核的自转。哈勃空间望远镜的最新数据证实，这些天然推进器可以减缓、停止甚至逆转彗星的自转方向。

41P/Tuttle-Giacobini-Kresák 彗星是一颗直径约为 0.6 英里（1 公里）的小型木星族彗星，它已成为一项关于小天体动力学突破性研究的核心。该彗星最初位于柯伊伯带，受木星引力影响被重新定向进入内太阳系，目前每 5.4 年完成一次轨道运行。它体积较小，大约只有埃菲尔铁塔高度的三倍，这使得它特别容易受到表面活动驱动的自转变化的影响。

这项研究于 2026 年 3 月 26 日发表在《天文学杂志》（The Astronomical Journal）上，采用了多天文台协作的方法来追踪该彗星的异常行为。罗威尔天文台的探索频道望远镜（Discovery Channel Telescope）在 2017 年 3 月进行的初步观测，与 NASA 尼尔·格雷尔斯雨燕天文台（Neil Gehrels Swift Observatory）2017 年 5 月的数据进行了对比，结果显示该彗星的自转周期已从 20 小时减慢到近 60 小时。哈勃空间望远镜在 2017 年 12 月进行的后续成像最终确认，其自转已经发生逆转，并加速至 14 小时的周期。

这一发现对太阳系演化有何意义？

这一发现凸显了小型彗核上的出气扭矩如何驱动快速的自转变化，进而可能导致旋转不稳定、解体或碎裂。 通过观测 41P 彗星的这些转变，天文学家可以更好地模拟木星族彗星的动力学寿命，并了解表面活动如何通过滑坡和快速物理演化使新鲜的冰层暴露出来。

41P 彗星的快速演化表明，小型彗星可能比此前假设的要反复无常得多。研究人员指出，自 2001 年经过近日点以来，该彗星的总产气量已下降了一个数量级。这表明彗星表面的挥发性物质正在加速枯竭，这可能最终导致该天体变成一个惰性的类小行星天体，或者在自身旋转变化的压力下彻底瓦解。

哈勃空间望远镜如何追踪出气机制

哈勃空间望远镜发现，随着 41P 彗星接近太阳，冻结的气体发生升华，产生高压表面喷流，充当了天然推进器。 这些分布不均的喷流对 1 公里长的小型彗核施加了旋转扭矩，成功地将其初始自转减慢至停止，然后迫使它以更高的速度向相反方向旋转。

“从表面流出的喷射气流就像微型推进器，”加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 的研究员、该研究的第一作者 David Jewitt 解释道。Jewitt 将这种现象比作旋转木马：如果你逆着运动方向推，最终可以让它停下来，并迫使它向另一个方向转动。由于 41P 非常小，使其彗核产生“扭矩”或扭曲所需的力远低于大型彗星，这使得这种自转逆转成为了可见的现实。

这颗微型彗星的自转逆转是哈勃空间望远镜的首次发现吗？

虽然在较大的天体中也有关于彗星自转变化的记录，但这是研究人员首次观察到彗星完全逆转自转的明确证据。 哈勃空间望远镜捕捉到了 41P 彗星从减速状态转变为反向高速自转的过程，这标志着在研究挥发性物质如何决定小天体物理命运方面的一个里程碑。

这项研究提供了对彗核实时自转动力学的罕见观察。此前对其他彗星的观测显示自转速度有轻微的增加或减少，但在 41P 彗星上观察到的 180 度方向改变是前所未有的。这种剧烈的转变归功于彗星表面活跃喷口的特定分布，在 2017 年的运行过程中，这些喷口的排列恰好与天体的原始角动量相反。

彗星研究的未来方向

展望未来，41P 自转逆转的发现将使得在近日点通过期间更频繁地监测小天体自转变得十分必要。了解这些天体的结构完整性对于未来的深空任务规划至关重要，因为快速旋转或不稳定的彗核对着陆或近距离作业构成了重大挑战。未来的任务可能会针对这些“反复无常”的彗星，研究当外壳被旋转应力重塑时，内部成分是如何变化的。

天文学家现在的目标是利用哈勃空间望远镜和即将建成的天文台，来确定其他木星族彗星是否表现出类似的“制动”行为。通过记录这些天体的自转历史，科学界可以建立一张更全面的太阳系演化地图，追踪我们家园中这些最小的居民如何在反复遭遇太阳的高温和压力下幸存下来。