当行星收集起彗星

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作者：AAS NOVA

翻译：贺玉影

校对：朱宸宇

审阅：牧夫天文校对组

美编：张莹

后台：李子琦 胡永葳 李鸣晨

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

什么样的行星有可能捕获从行星系统外围的冰雪地带飞来的彗星？

引力的推动可以将彗星驱逐出行星系统冰冷的外部区域，并将它们送上与其行星相撞的轨道。什么样的行星有可能捕获这些入境的彗星，而哪些行星又可能会赶它们走开？

这些图像来自哈勃太空望远镜，展示了1994年苏梅克-列维九号彗星撞击木星时留下的深色疤痕的演变。

图源：R. Evans, J. Trauger, H. Hammel，HST彗星科学小组、NASA

移动的彗星✦

当星际物体奥陌陌*飞过太阳系时，其到来证实了许多天文学家长久的怀疑：太空中满是被引力作用踢出行星系统的残骸。

但同一引力作用可以把彗星发射到星际空间，同样也可以让它们飞进自己出生的行星系统的内部区域。到这时，彗星可以进驻新的轨道，被它们的主星吞噬，或，像是在新发表的一篇文章里讨论的，被行星所吸积**。是什么决定了一颗行星是否会收集徘徊在它附近的彗星，以及彗星的吸积可能如何影响我们对系外行星光谱的解释？

*奥陌陌（’Oumuamua，台译“斥候星”，港译“首使星”） 是已知的第一颗经过太阳系的星际天体。它于2017年10月18日（UT）在距离地球约0.2 AU（30,000,000 km）处被泛星1号望远镜发现，并在极端双曲线的轨道上运行。起初它被认为属于一颗彗星，但经过长时间观测研究后，发现其不具有彗发构造，也不是小行星。

依据最初两个星期的观测，2017 U1的轨道离心率是1.1922 ± 0.00268，是在已知在太阳系内天体第二高的；目前的纪录是鲍里索夫彗星的约为3；之前的纪录是C/1980 E1的1.057。以如此高的离心率进入，显示它必然是一颗星际天体，会不受太阳引力的约束，以高离心率离开太阳系。

也因其特殊的特性，被少数的科学家如以色列裔的美国天体物理学家亚伯拉罕·勒布认为其真实身份为外星飞船。（维基百科）

**吸积（Accretion）是天体通过引力“吸引”和“积累”周围物质的过程。吸积过程广泛存在于恒星形成、星周盘、行星形成、双星系统、活动星系核、伽玛射线暴等过程中。（维基百科）

这张照片由赫歇尔望远镜拍摄，曝光5分钟，图中心的那个点是星际天体奥陌陌。因为它速度很快，所以画面中的其他物体被拍成了一条条的光线。

图源：艾伦·菲茨西蒙斯（ARC，贝尔法斯特女王大学），艾萨克·牛顿小组

吸积还是散射？✦

由达里尔·塞利格曼（美国芝加哥大学）领导的一个团队开发了一组方程，可预测哪些行星最有可能吸纳入境的彗星。该方程描述了一颗行星将彗星吸入其大气层或将彗星散射到一个新的轨道（或完全离开该系统）的可能性，它受到行星和彗星各自的质量和轨道半径影响，但更多的是彗星的轨道离心率，轨道离心率可以衡量彗星的轨道有多圆还是椭圆。

该团队使用他们的度量标准来确定哪些先前检测到的系外行星可能在其大气中添加了彗星物质。 塞利格曼和同事们发现，一般来说，被归类为温木星（warm Jupiters）、超级地球和亚海王星（sub-Neptunes）的行星比更冷、质量更大的行星更有可能诱捕经过的彗星。

吸积彗星与散射彗星的比例是萨夫罗诺夫数*的函数，它随着行星的质量和轨道距离的增加而增加，随着主星的质量和行星的半径而减少。上图显示了木星大小的行星在不同的轨道距离上围绕太阳运行的结果。图中标示了木星、WASP-77 Ab（一颗热木星）和HR 8799 b（一颗直接成像的行星）。

图源：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. 一旦一个行星系统变得不稳定，在没有气体或行星动力学摩擦产生的阻尼的情况下，该系统的命运就取决于所谓的萨夫罗诺夫数。https://www-n.oca.eu/morby/papers/XLIII.pdf）

意外得到的成分✦

如果系外行星吸积了大量的彗星物质，这对我们了解遥远的行星系统意味着什么？可能是：非常大的影响！行星成分被认为与行星在原行星盘中的形成位置有关。但是，如果行星积累了彗星物质——它带有在盘中老远就形成的化学特征——那么，根据大气成分来估计行星的诞生地就有可能会不准确。

塞利格曼和同事们指出了几种原因，他们的估计可能是行星积累的彗星物质数量的上限。例如，如果其他行星系统中的彗星倾向于迅速瓦解或失去其挥发性化合物，那么系外行星-彗星相遇的可能性，以及它们对系外行星大气成分的影响，就可能会降低。

上图展示了JWST将要观测的许多系外行星的吸积彗星与散射彗星的比例。

图源：Seligman等，2022年

*七个红色圆圈表示TRAPPIST-1的七颗类地行星。TRAPPIST-1即 2MASS J23062928-0502285，是一颗表面温度极低的超冷红矮星，距离地球约39.13光年（12.0秒差距），天球上位于宝瓶座。

**蓝色圆圈表示位于天龙座的白矮星WD 1856+534的行星WD 1856+534b。

这篇文章发表得正及时，因为根据该团队的测算，几乎所有JWST一年之内要观测到的系外行星都有可能吸积了彗星物质。

『天文湿刻』 牧夫出品

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丹麦上空的月亮暮曙光

图片来源及版权：Ruslan Merzlyakov (astrorms)

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