《华尔街日报》：太阳系内一颗小型冰封天体周围新发现光环

数十亿英里之外，在我们太阳系的一个遥远角落，天文学家发现了一个围绕小型冰封天体运行的新环带。

但根据周三发表在《自然》期刊的研究，这个新发现的环带与土星、木星等行星周围由冰尘构成的典型光环存在关键差异——它距离宿主天体的位置异常遥远。

英国谢菲尔德大学天体物理学教授、本研究合著者维克拉姆·迪隆表示：“这个环带距离宿主天体的半径是此前公认行星环系统存在极限距离的两倍。“他补充说，这一发现严重挑战了现有关于宇宙局部区域环形成理论。

来自十多个国家近60名研究人员组成的国际团队，借助地面和太空望远镜确认了这个距离宿主天体中心约2500英里（约4023公里）处运行的环带。

未参与该研究但为其撰写评论的爱达荷大学物理学家马修·赫德曼指出，发现如此遥远的环带"要么意味着该系统存在特殊之处，要么表明环带可能存在于比我们此前认知更广泛的环境中”。

这个新发现的环系统围绕名为创神星（Quaoar）的小型天体运行，该天体位于天文学家所称的柯伊伯带——一个由冰封天体（包括冥王星等矮行星）组成的环带，位于海王星轨道之外的太阳系边缘。这并非首次在柯伊伯带天体周围发现环系统——科学家曾于2017年宣布在矮行星妊神星周围发现类似结构。

“夸欧尔就像是冥王星的表兄弟。它距离我们和太阳稍远一些，大小约为冥王星的一半，”巴西里约热内卢联邦大学天文学家、这项新研究的主要作者布鲁诺·莫尔加多说道。2002年，人们利用南加州帕洛玛天文台的望远镜发现了它。

夸欧尔——发音为“kwa-whar”，以洛杉矶周边地区原住民通瓦人的创世神命名——平均距离太阳40亿英里。在如此遥远的距离上，任何环都会太小太暗而无法直接看到。因此，研究人员在夸欧尔经过明亮恒星前方时对其进行了研究——观察这个天体如何遮挡背景恒星的光线。

“光线被遮挡的时间长短告诉我们夸欧尔有多大，”迪隆博士说。该研究的作者们检查了2018年至2021年间涉及夸欧尔的四次类似事件的数据，包括来自纳米比亚、澳大利亚、加那利群岛的观测，以及使用欧洲航天局CHEOPS望远镜从太空进行的观测。

迪隆博士领导了一个项目，该项目在加那利群岛拉帕尔马岛上的世界最大光学望远镜上安装了一台灵敏的高速相机，该相机于2019年6月观测了夸欧尔。他说，这次观测对于解析这颗遥远天体遮挡星光时微妙而快速的变化至关重要。这台相机帮助揭示了夸欧尔经过恒星前后光线中出现的微小、对称的减弱。

“如果你看到这种对称的信号，就表明存在一个环，”加利福尼亚州山景城SETI研究所的天体动力学家马修·蒂斯卡雷诺说，他并未参与这项研究。“这是一种历史悠久的技术；天王星和海王星的环就是在20世纪70年代通过这种方式发现的。”

研究人员确定，由水冰和岩石碎片构成的夸奥尔星环系统距离这颗冰冻星球足够远，以至于莫加多博士表示，他知道团队正在观察“某种非常、非常奇怪且出乎意料的现象”。

所有先前观测到的环系统，包括围绕四颗最外层行星的环，都落在天文学家所称的洛希极限范围内。莫加多博士解释说，如果轨道物体进入这个极限内，它会因行星或主天体的引力而分裂形成环；反之，若环超出这一临界距离，环中的碎片将不受主天体引力干扰，可能聚集成卫星等轨道物体。然而夸奥尔的环却远在洛希极限之外存在，迪隆博士称这一界限“曾被视作某种神圣不可逾越的规则”。

“许多单独观测数据本身并不具说服力，但综合来看，我们清晰地看到了一个复杂的环系统，”美国国家航空航天局行星科学部天文学家亨利·思鲁普表示。未参与该研究的思鲁普博士将这一发现称为“真正激动人心的新成果”。

通过建模夸奥尔环系统并进行模拟后，研究作者提出了几种解释这一独特环的假说。一种观点认为夸奥尔环是近期遭受撞击而碎裂的卫星残骸，这些碎片尚未重新聚合。但莫加多博士指出，聚合过程最多只需10到20年即可完成。

“归根结底，如果你考虑到太阳系数十亿年的漫长历史，我们恰好在正确的时间出现在正确的位置观测到这种现象的概率微乎其微，”他补充道。

另一种可能是，光环中的冰粒子具有坚硬冰冷的表层——这使得粒子在相遇后更可能相互反弹而非粘合，迪隆博士解释道。夸奥尔与其卫星韦瓦特以及光环系统中的天体之间的引力相互作用，也可能使粒子保持高速运动状态，从而阻止它们聚集成更大天体。他补充说，来自尚未发现的卫星的引力也可能是影响因素之一。

蒂斯卡雷诺博士表示，对夸奥尔环进行更多观测并加强该系统的模拟研究，将有助于确定其存在的作用机制。

莫尔加多博士认为，这项新发现最终表明，在太阳系中类似大小的天体周围，还有更多等待被发现的光环系统。他表示，像NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜这样更新更强的仪器，可能助力实现这一目标。

联系作者艾琳·伍德沃德请致信[email protected]

本文发表于2023年2月9日印刷版，标题为《太阳系迎来新光环》。