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2021年11月12日，一顆帶著人類探測器的彗星將飛掠地球，最近時距離約為6300萬千米（或0.418 AU，AU：天文單位，1AU約為1.5億千米）。

2021年10月3日拍攝的彗星67P | 圖源：Rolando Ligustri

這是一顆周期彗星，大名叫丘留莫夫-格拉西緬科，小名叫67P，探測器叫“菲萊”（Philae，看清楚，不是“韭菜”?。?，是2004年歐洲空間局（ESA）發(fā)射的彗星探測計劃“羅塞塔”（Rosetta）號攜帶的著陸器。

2014年11月12日，整整七年前，“菲萊”成功著陸67P彗星表面，成為有史以來第一個在彗星上著陸的航天器。伴隨67P環(huán)繞飛行兩年后，2016年9月30日 “羅塞塔”號長眠于冰冷的彗星表面，結(jié)束了它歷時12年半的科學(xué)探測任務(wù)。

“羅塞塔”彗星探測器和“菲萊”彗星著陸器示意圖 | 圖源：ESA

此次與地球的“親密接觸”將是67P在本世紀和下個世紀內(nèi)距離地球最為接近的一次，下一次與地球的近距離要等到193年后，也就是2214年。

67P彗星的前世今生

67P/ Churyumov-Gerasimenko于1969年由蘇聯(lián)天文學(xué)家丘留莫夫和格拉西緬科首次發(fā)現(xiàn)，并以他們的名字命名。67P的遠日距為5.68 AU，公轉(zhuǎn)周期為6.45年，軌道傾角為7.04度，自轉(zhuǎn)周期為12.4小時，質(zhì)量約為1013 kg, 平均密度為0.4 g/cm3 , 是一顆典型的木星族彗星。

木星族彗星是指軌道周期小于20年，遠日距在木星軌道附近，軌道傾角不超過30度的彗星。木星族彗星通常認為起源于海王星軌道之外的柯伊伯帶，而柯依伯帶內(nèi)的天體受到太陽系外部行星的引力擾動后偶爾會被拋射到太陽系內(nèi)部，成為木星族彗星。

在太陽和木星引力的影響下，67P的近日點會不斷發(fā)生變化，在1840年之前，67P的近日距為4 AU，1840年時變?yōu)?AU；1959年2月，與木星的一次近距離交會使67P的近日點向內(nèi)移動到1.29 AU；最近一次過近日點發(fā)生在2021年11月3日，近日距為1.21AU；而下一次近日點發(fā)生較大的變化時間是2220年11月，屆時67P將從距木星0.12AU處飛掠，進而其近日距將變?yōu)?.8 AU。

67P在2021年11月12日距離地球最近時的軌道位置 | 圖源：Greg Smye-Rumsby

“羅塞塔”號的主要科學(xué)發(fā)現(xiàn)

〇 表面特征

“羅塞塔”號拍攝的彗星圖像顯示67P的彗核有兩個明顯的瓣狀結(jié)構(gòu)，平均直徑為4.2千米，最長和最寬尺寸約為4.3千米 × 4.1千米。

彗星67P的彗核 | 圖源：ESA/Rosetta/NAVCAM

彗星 67P 表面粗糙，有崖壁、巨石、裂痕、凹坑、 沙丘和隆起等地形。從菲萊著陸前下降時所拍攝的圖像來看，彗星表面被毫米至米尺寸的表壤和碎石覆蓋，初步估計彗星表面有10~20 厘米厚的表壤。

彗星67P的彗核的地貌分區(qū) | 圖源：Thomas 等（文[7]）

〇 化學(xué)成分

“羅塞塔”的科學(xué)探測表明彗星67P是由非常松散的水冰、塵埃和巖石構(gòu)成的組合體，釋放出來的氣體的主要成分是氨、甲烷、硫化氫、氰化氫和甲醛，因此其氣味聞起來像是臭雞蛋、馬尿、酒精和苦杏仁的混合味道。

氘的含量是太陽系形成與早期演化的重要探針。67P與地球的水蒸氣成分有很大不同，氘和氫比率是地球海洋的三倍，至少表明地球上的水不太可能來自67P之類的彗星。

67P周圍的氣體中發(fā)現(xiàn)了大量的自由分子氧(O?），這也是首次在彗星彗發(fā)中檢測到O?。關(guān)于它們的來源，一種觀點認為是在彗星最開始形成時期就被包含在內(nèi)的，另一種觀點認為是在彗星表面由水分子與硅酸鹽和其他含氧物質(zhì)碰撞時產(chǎn)生的。

“菲萊”還在67P上檢測到了16種有機化合物，其中乙酰胺、丙酮、異氰酸甲酯和丙醛等4種是首次在彗星上發(fā)現(xiàn)的。

〇 活動性

作為一顆木星族彗星，67P的活動性主要是由水冰的升華驅(qū)動。理論上，對于一顆活動區(qū)域分布均勻的彗星，在向近日點運行的過程中，水冰的生成率逐漸增加。不過，“羅塞塔”號發(fā)現(xiàn)67P彗核表面的活動區(qū)域是不均勻的，水產(chǎn)率在過近日點前的幾個月內(nèi)出現(xiàn)急劇增長。主要原因可能是67P過近日點時正值彗核南半球的夏天，導(dǎo)致熱量深入到彗核內(nèi)部，活動區(qū)域隨之擴展。

“羅塞塔”號還發(fā)現(xiàn)67P彗發(fā)內(nèi)部存在噴流等近核結(jié)構(gòu)，這些噴流與彗核表面特定區(qū)域相關(guān)，不僅存在正陽面噴流甚至還存在背陽面噴流，但由于67P彗核形狀極不規(guī)則, 目前仍無法了解噴流的來源。

67P彗核附近的噴流 | 圖源：ESA

〇 形成機制

67P具有明顯的雙瓣結(jié)構(gòu)，天文學(xué)家認為，大約45億年前，在太陽系形成的早期階段，像這樣的雙瓣彗星是在冰質(zhì)碎片的緩慢碰撞中形成的，是兩個小天體低速碰撞的結(jié)果，被稱為接觸雙星。

肉眼能否看到彗星67P?

雖然67P目前距離地球較近，且正處于亮度最高時期，其亮度約為10等（星等值越小，天體就越亮），但這個亮度肉眼仍不可見，因為肉眼最多可看到亮度為6等的天體。目前彗星位于雙子座與巨蟹座之間，夜晚11點左右會在東偏北方向升到地平線以上，在次日凌晨4點半左右到達天頂附近。未來幾個月內(nèi)我國的觀測條件較好，借助于業(yè)余愛好者的小型望遠鏡很容易觀測到這顆彗星。

當我們凝望這顆彗星，想著那里長眠著的“羅塞塔”和“菲萊”，會是一種怎樣的心境呢？

參考資料：

[1] “67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio”，Altwegg, K.;Balsiger, H.;Bar-Nun, A.,; et al., 2015, Science, Volume 347, Issue 6220, article id. 1261952

[2] “Abundant molecular oxygen in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko”，Bieler, A.;Altwegg, K.;Balsiger, H.; et al., 2015, Nature, Volume 526, Issue 7575, pp. 678-681

[3]“Two independent and primitive envelopes of the bilobate nucleus of comet 67P”, Massironi, Matteo;Simioni, Emanuele;Marzari, Francesco; et al., 2015, Nature, Volume 526, Issue 7573, pp. 402-405

[4] “Near-perihelion activity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. A first attempt of non-static analysis”, Skorov, Yu;Keller, H. U.;Mottola, S.;Hartogh, P., 2020，MNRAS, Volume 494, Issue 3, pp.3310-3316

[5] “Coma morphology of comet 67P controlled by insolation over irregular nucleus”，Shi, X.; Hu, X.; Mottola, S., et al. 2018, NatAs, 2, 562

[6] “Constraining spatial pattern of early activity of comet 67P/C-G with 3D modelling of the MIRO observations”, Zhao,Y.;Rezac, L.;Hartogh, P.;Ji, J.;Marschall, R.;Keller, H. U.,2020, MNRAS, Volume 494, Issue 2, pp.2374-2384

[7] “The morphological diversity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko”, Thomas, N. and 58 colleagues, 2015,Science, Volume 347, Issue 6220, doi:10.1126/science.aaa0440

[8] “羅塞塔歷時十載成功登陸彗星”, 季江徽、田蕾, 2015, 科學(xué)通報, 第60卷，第2期：164-169

[9] “彗星研究和彗星空間探測進展”，史建春、馬月華，2015，現(xiàn)代物理知識，第27卷，第3期：50-56

[10]https://myspaceastronomy.com/catch-the-rosetta-comets-return-astronomy-now/

作者簡介

史建春

中國科學(xué)院紫金山天文臺副研究員，研究領(lǐng)域：彗星的物理屬性和活動性研究。

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