位于柯伊伯带的天体竟然有大气层

是什么原因让它有了大气层

海王星之外一颗微小的“冥族小天体”出现神秘大气层，原因未知

这个大气层的厚度比地球的稀薄500万至1000万倍。

插图展示了一个具有大气层的天体如何掩食一颗遥远恒星。（图片来源：日本国立天文台）

在太阳系外缘冰冷而遥远的区域，一颗体积非常小的天体神秘地拥有了一层大气，科学家们困惑于它是如何以及为何形成的。

一种可能性是这层大气由冰火山喷发形成；另一种可能是与撞击有关，如果是这种情况，那么撞击应该发生在相对较近的过去，因为如此稀薄的大气会不断逸散到太空中，并在1000年内消失。

这颗拥有大气层的天体编号为 (612533) 2002 XV93，属于海王星外天体，也就是说，它位于最外侧行星海王星轨道之外的柯伊伯带。更具体地说，它是一个冥族小天体。与冥王星一样，它与海王星处于2:3轨道共振，即海王星绕太阳运行3圈时，它会绕太阳运行2圈。

此外，(612533) 2002 XV93 的体积明显小于冥王星，其直径约为300英里（500公里），而冥王星的直径约为1477英里（2377公里）。

冥王星的体积足够大，在接近近日点（其椭圆轨道上距离太阳最近的位置）时，能够储存一层稀薄的大气，称为外大气层。同时还包含一些冰，例如分子氮、甲烷和一氧化碳，这些物质可以通过升华转变为气体。随着冥王星在其长达248年的公转周期中逐渐远离太阳时，这些气体也会逐渐重新冻结，并回到冥王星表面。

然而，目前尚未发现柯伊伯带内或更远区域的其他天体拥有外大气层，尽管在类冥矮行星鸟神星上，已经探测到甲烷排放现象。2024年1月10日，日本天文学家们，包括专业天文学家和业余天文爱好者。对（612533）2002 XV93开展了一系列观测。当时，该天体正发生掩星现象，从一颗恒星前方经过，他们原本也没想到会发现其存在大气层。

如果像（612533）2002 XV93这样的天体真的完全没有大气，那么从我们的视角来看，当它从恒星前方经过时，这颗恒星应该会瞬间消失，然而，事实并非如此。

从地球上看，这类恒星掩星现象只能在地球表面一条非常狭窄的带状区域内观测到。通过在这条带状区域的边缘定位观测者，可以确定掩星天体的大小和形状。

为此，由日本国立天文台（NAOJ）石垣岛天文台的有松亘领导的一支由专业和业余天文学家组成的团队，于2024年1月10日从日本4个不同的观测地点，对（612533）2002 XV93掩食一颗15等恒星的现象进行了观测。（恒星的星等用于表示其亮度；例如，月球的星等约为−12等，因此15等恒星已经相当暗。）

团队使用的望远镜包括东京大学木曾观测所运行的一台口径3.4英尺（1.05米）的专业望远镜，以及配备CMOS相机的200毫米和250毫米（约8英寸和10英寸）业余级望远镜。这些相机的灵敏度足够高，能够探测到恒星在逐渐减弱、最终消失在掩星天体身后的光线变化。只有当该天体存在能够使星光衰减或发生折射的大气时，才会出现这种逐渐变暗的现象。

这个外大气层非常稀薄，其表面气压仅为100至200纳巴，比地球大气稀薄500万至1000万倍。为了更好地理解（612533）2002 XV93的外大气层，可参考冥王星稀薄大气的平均表面气压约为10毫巴。

目前尚不清楚（612533）2002 XV93的大气由什么物质构成。与冥王星一样，人们原本预计它可能拥有一种以氮为主、含有少量甲烷和一氧化碳的大气。然而，韦布空间望远镜此前的观测并未发现其表面存在这些特定的冰，这些冰本可以通过升华形成大气。此外，（612533）2002 XV93的温度仅比绝对零度高40至50度，对于水冰和干冰而言都太冷，无法通过升华形成气体状态。

既然不存在这些冰，那么它的大气究竟从何而来？有松亘及其团队提出了两种可能的解释，但这两种解释都存在问题。

一种可能性是，一颗彗星状天体曾撞击（612533）2002 XV93。大气中的气体可能来自撞击体。然而，考虑到在该天体低重力环境下气体会快速飘散到太空，这样形成的大气只能暂时存在，并会在约1000年内消散。如果这一解释成立，那么这意味着我们非常幸运地在可能发生罕见撞击的同一时间点上，正好在观测（612533）2002 XV93。

这将是一个极其巧合的事件，还是单纯的好运？

另一种可能是，发生升华的冰实际上位于天体表面之下，并通过某种形式的冰火山活动被释放出来。然而，导致这种活动发生的契机，尚未知晓。

无论是哪一种情况，（612533）2002 XV93围绕着外大气层的状态，都改变了我们过往对于能够拥有大气层的天体类型的认知。

有松亘团队在研究报告中表示：“这一发现表明，只有较大的行星周围才能形成全体稠密大气，这个旧时观点需要重新审视。”

下一步，研究人员将尝试确定这个外大气层的成分，而这项任务非常适合由韦布空间望远镜完成。持续监测外大气层的密度也将提供线索。如果未来几年外大气层密度逐渐降低，那么其来源很可能是一次撞击，因为其中的气体会不断泄漏到太空中。如果密度保持稳定，那么这种大气层很可能正在通过排气现象得到持续补充。

该研究结果于5月4日发表于《自然·天文学》。

基思·库珀是一名来自英国的自由科学记者兼编辑，拥有曼彻斯特大学物理学与天体物理学学位。他是《接触悖论：重新审视搜寻地外智慧生物的固有假设》（Bloomsbury Sigma，2020年）的作者，并曾为众多杂志和网站撰写有关天文学、太空、物理学和天体生物学的文章。

BY:Keith Cooper

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://www.space.com/astronomy/solar-system/scientists-find-tiny-object-in-our-solar-system-with-a-mysterious-atmosphere-that-shouldnt-exist

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