當行星收集起彗星

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作者：AAS NOVA

翻譯：賀玉影

校對：朱宸宇

審閱：牧夫天文校對組

美編：張瑩

後臺：李子琦 胡永葳 李鳴晨

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/when-planets-collect-comets/

什麼樣的行星有可能捕獲從行星系統外圍的冰雪地帶飛來的彗星？

引力的推動可以將彗星驅逐出行星系統冰冷的外部區域，並將它們送上與其行星相撞的軌道。什麼樣的行星有可能捕獲這些入境的彗星，而哪些行星又可能會趕它們走開？

這些圖像來自哈勃太空望遠鏡，展示了1994年蘇梅克-列維九號彗星撞擊木星時留下的深色疤痕的演變。

圖源：R. Evans, J. Trauger, H. Hammel，HST彗星科學小組、NASA

移動的彗星✦

當星際物體奧陌陌*飛過太陽系時，其到來證實了許多天文學家長久的懷疑：太空中滿是被引力作用踢出行星系統的殘骸。

但同一引力作用可以把彗星發射到星際空間，同樣也可以讓它們飛進自己出生的行星系統的內部區域。到這時，彗星可以進駐新的軌道，被它們的主星吞噬，或，像是在新發表的一篇文章裡討論的，被行星所吸積**。是什麼決定了一顆行星是否會收集徘徊在它附近的彗星，以及彗星的吸積可能如何影響我們對系外行星光譜的解釋？

*奧陌陌（’Oumuamua，臺譯“斥候星”，港譯“首使星”） 是已知的第一顆經過太陽系的星際天體。它於2017年10月18日（UT）在距離地球約0.2 AU（30,000,000 km）處被泛星1號望遠鏡發現，並在極端雙曲線的軌道上運行。起初它被認爲屬於一顆彗星，但經過長時間觀測研究後，發現其不具有彗發構造，也不是小行星。

依據最初兩個星期的觀測，2017 U1的軌道離心率是1.1922 ± 0.00268，是在已知在太陽系內天體第二高的；目前的紀錄是鮑裡索夫彗星的約爲3；之前的紀錄是C/1980 E1的1.057。以如此高的離心率進入，顯示它必然是一顆星際天體，會不受太陽引力的約束，以高離心率離開太陽系。

也因其特殊的特性，被少數的科學家如以色列裔的美國天體物理學家亞伯拉罕·勒布認爲其真實身份爲外星飛船。（維基百科）

**吸積（Accretion）是天體通過引力“吸引”和“積累”周圍物質的過程。吸積過程廣泛存在於恆星形成、星周盤、行星形成、雙星系統、活動星系核、伽瑪射線暴等過程中。（維基百科）

這張照片由赫歇爾望遠鏡拍攝，曝光5分鐘，圖中心的那個點是星際天體奧陌陌。因爲它速度很快，所以畫面中的其他物體被拍成了一條條的光線。

圖源：艾倫·菲茨西蒙斯（ARC，貝爾法斯特女王大學），艾薩克·牛頓小組

吸積還是散射？✦

由達里爾·塞利格曼（美國芝加哥大學）領導的一個團隊開發了一組方程，可預測哪些行星最有可能吸納入境的彗星。該方程描述了一顆行星將彗星吸入其大氣層或將彗星散射到一個新的軌道（或完全離開該系統）的可能性，它受到行星和彗星各自的質量和軌道半徑影響，但更多的是彗星的軌道離心率，軌道離心率可以衡量彗星的軌道有多圓還是橢圓。

該團隊使用他們的度量標準來確定哪些先前檢測到的系外行星可能在其大氣中添加了彗星物質。 塞利格曼和同事們發現，一般來說，被歸類爲溫木星（warm Jupiters）、超級地球和亞海王星（sub-Neptunes）的行星比更冷、質量更大的行星更有可能誘捕經過的彗星。

吸積彗星與散射彗星的比例是薩夫羅諾夫數*的函數，它隨着行星的質量和軌道距離的增加而增加，隨着主星的質量和行星的半徑而減少。上圖顯示了木星大小的行星在不同的軌道距離上圍繞太陽運行的結果。圖中標示了木星、WASP-77 Ab（一顆熱木星）和HR 8799 b（一顆直接成像的行星）。

圖源：Seligman等，2022年

（*Once a planetary system becomes unstable, in absence of damping exerted by the gas or planetesimal dynamical friction, the fate of the system depends on the so-called Safronov number. 一旦一個行星系統變得不穩定，在沒有氣體或行星動力學摩擦產生的阻尼的情況下，該系統的命運就取決於所謂的薩夫羅諾夫數。https://www-n.oca.eu/morby/papers/XLIII.pdf）

意外得到的成分✦

如果系外行星吸積了大量的彗星物質，這對我們瞭解遙遠的行星系統意味着什麼？可能是：非常大的影響！行星成分被認爲與行星在原行星盤中的形成位置有關。但是，如果行星積累了彗星物質——它帶有在盤中老遠就形成的化學特徵——那麼，根據大氣成分來估計行星的誕生地就有可能會不準確。

塞利格曼和同事們指出了幾種原因，他們的估計可能是行星積累的彗星物質數量的上限。例如，如果其他行星系統中的彗星傾向於迅速瓦解或失去其揮發性化合物，那麼系外行星-彗星相遇的可能性，以及它們對系外行星大氣成分的影響，就可能會降低。

上圖展示了JWST將要觀測的許多系外行星的吸積彗星與散射彗星的比例。

圖源：Seligman等，2022年

*七個紅色圓圈表示TRAPPIST-1的七顆類地行星。TRAPPIST-1即 2MASS J23062928-0502285，是一顆表面溫度極低的超冷紅矮星，距離地球約39.13光年（12.0秒差距），天球上位於寶瓶座。

**藍色圓圈表示位於天龍座的白矮星WD 1856+534的行星WD 1856+534b。

這篇文章發表得正及時，因爲根據該團隊的測算，幾乎所有JWST一年之內要觀測到的系外行星都有可能吸積了彗星物質。

『天文溼刻』 牧夫出品

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丹麥上空的月亮暮曙光

圖片來源及版權：Ruslan Merzlyakov (astrorms)

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