藝術(shù)家的帕克太陽探測器接近太陽的概念。該探測器于2018年發(fā)射，揭開正在提高我們預(yù)測影響地球生命的雙座重大空間天氣事件的能力。鳴謝:美國宇航局/約翰·霍普金斯大學(xué)APL/史蒂夫·格里本
（神秘的流星地球uux.cn）據(jù)普林斯頓大學(xué)（阿萊娜·奧里甘）：雙子座流星雨每年冬天掠過地球時都會照亮天空，在我們的尋常小行星夜空中產(chǎn)生最強(qiáng)烈的流星雨之一。
科學(xué)家們長期以來一直對這種流星雨的研究雨不源自起源感到好奇，因?yàn)楸M管大多數(shù)流星雨是揭開在彗星發(fā)出冰和塵埃尾巴時產(chǎn)生的，但雙子座流星雨來自一顆小行星——一大塊通常不會產(chǎn)生尾巴的雙座巖石。直到最近，流星人們只在地球上研究雙子座。尋常小行星
現(xiàn)在，研究雨不源自普林斯頓大學(xué)的揭開研究人員利用美國宇航局帕克太陽探測器任務(wù)的觀察結(jié)果推斷，這可能是雙座一次劇烈的災(zāi)難性事件——如與另一個物體的高速碰撞或氣體爆炸——產(chǎn)生了雙子星。這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《行星科學(xué)雜志》上，流星縮小了關(guān)于這顆小行星的尋常小行星組成和歷史的假設(shè)，這些假設(shè)可以解釋它的非傳統(tǒng)行為。
“小行星就像我們太陽系形成過程中的小時間膠囊，”普林斯頓大學(xué)空間物理實(shí)驗(yàn)室的研究學(xué)者、論文的合著者Jamey Szalay說。“它們是在我們的太陽系形成時形成的，了解它們的組成給了我們另一個故事。”
一顆不尋常的小行星
與大多數(shù)已知的由冰和塵埃組成的彗星流星雨不同，雙子座流星雨似乎來自一顆名為3200 Phaethon的小行星——一大塊巖石和金屬。
“大多數(shù)流星體流是通過彗星機(jī)制形成的，這一次似乎來自小行星是不尋常的，”普林斯頓大學(xué)2024屆本科生沃爾夫·庫基爾說，他是論文的第一作者。
“此外，當(dāng)它最接近太陽時，它的軌道稍微超出了它的母體，這不能僅僅通過觀察來解釋，”他補(bǔ)充說，指的是最近由海軍研究實(shí)驗(yàn)室的卡爾·巴塔姆斯領(lǐng)導(dǎo)的帕克太陽探測器對雙子座的研究。
當(dāng)彗星靠近太陽時，它變得更熱，導(dǎo)致表面的冰釋放出氣體尾巴，這反過來又帶走了小塊的冰和灰塵。這種物質(zhì)繼續(xù)跟在彗星后面，因?yàn)樗幱谔柕囊Ψ秶鷥?nèi)。隨著時間的推移，這種重復(fù)的過程使母體的軌道充滿物質(zhì)，形成流星體流。
但是，由于像3200法厄同這樣的小行星是由巖石和金屬構(gòu)成的，它們通常不會像彗星那樣受到太陽熱量的影響，這讓科學(xué)家們想知道是什么導(dǎo)致了3200  Phaethon流在夜空中的形成。
“真正奇怪的是，我們知道3200 Phaethon是一顆小行星，但當(dāng)它飛過太陽時，它似乎有某種溫度驅(qū)動的活動，”Szalay說。“大多數(shù)小行星不會那樣做。”
一些研究人員提出，3200 Phaethon實(shí)際上可能是一顆失去所有積雪的彗星，只留下一個類似小行星的巖石核心。但新的帕克太陽探測器數(shù)據(jù)顯示，盡管3200 Phaethon的一些活動與溫度有關(guān)，但雙子星流的產(chǎn)生可能不是由彗星機(jī)制引起的，而是由更具災(zāi)難性的東西引起的。
打開時間膠囊
為了了解雙子座流星雨的起源，Cukier和Szalay使用新的Parker太陽探測器數(shù)據(jù)模擬了三種可能的形成場景，然后將這些模型與現(xiàn)有的基于地球觀測的模型進(jìn)行了比較。
“有所謂的流星體流形成的‘基本’模型，和‘暴力’創(chuàng)造模型，”庫基爾說。“之所以稱之為‘基本’，是因?yàn)檫@是最直接的建模方式，但實(shí)際上這些過程都是暴力的，只是暴力程度不同。”
這些不同的模型反映了根據(jù)基于不同場景的物理定律會發(fā)生的一連串事件。例如，Cukier使用基本模型模擬了小行星以零相對速度釋放的所有物質(zhì)塊——或者相對于3200 Phaethon沒有速度或方向——以查看最終的軌道會是什么樣子，并將其與Parker Solar Probe探測器數(shù)據(jù)顯示的軌道進(jìn)行比較。
然后，他使用暴力創(chuàng)造模型來模擬小行星以每小時一公里的相對速度釋放物質(zhì)，就好像這些碎片被突然的暴力事件撞散了一樣。
他還模擬了彗星模型——大多數(shù)流星體流形成背后的機(jī)制。由此產(chǎn)生的模擬軌道與根據(jù)帕克太陽探測器數(shù)據(jù)實(shí)際出現(xiàn)的雙子座軌道最不匹配，所以他們排除了這種情況。
在比較每個模型的模擬軌道時，研究小組發(fā)現(xiàn)，暴力模型與帕克太陽探測器的數(shù)據(jù)最一致，這意味著很可能是一個突然的暴力事件——比如與另一個物體的高速碰撞或氣體爆炸，以及其他可能性——創(chuàng)造了雙子座流星雨流。
這項(xiàng)研究建立在Szalay和Parker Solar Probe任務(wù)的幾位同事的工作基礎(chǔ)上，這些工作是在馬里蘭州勞雷爾的約翰·霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室(APL)建造和組裝的，目的是組裝一張穿過太陽系最內(nèi)部的大塵埃云的結(jié)構(gòu)和行為的圖片。
他們利用帕克的飛行路線——其軌道距離太陽僅數(shù)百萬英里，比歷史上任何航天器都近——獲得了對經(jīng)過的彗星和小行星散落的塵埃云的最佳直接觀察。
雖然探測器不直接測量塵埃顆粒，但它可以用一種巧妙的方式跟蹤塵埃顆粒:當(dāng)塵埃顆粒沿著它的路徑投擲航天器時，高速撞擊產(chǎn)生等離子云。這些撞擊云產(chǎn)生獨(dú)特的電勢信號，這些信號被探測器磁場儀器上的幾個傳感器接收到，該儀器旨在測量太陽附近的電場和磁場。
“我們的航天器正在收集的首個此類數(shù)據(jù)將在未來幾十年進(jìn)行分析，”APL的帕克太陽探測器項(xiàng)目科學(xué)家Nour Raouafi說。“看到各種水平和技能的科學(xué)家深入研究它，揭示太陽、太陽系和宇宙以外的世界，令人興奮。”
追求難以實(shí)現(xiàn)的東西
Cukier說，他對了解外層空間的熱情加上部門的支持是他追求這個項(xiàng)目的動力。
在參加了普林斯頓空間物理實(shí)驗(yàn)室(Princeton space physics laboratory)提供的動手實(shí)驗(yàn)課程(在那里，他獲得了制造空間儀器的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，比如目前在帕克太陽探測器(Parker Solar Probe)上對太陽環(huán)境進(jìn)行采樣的儀器)并擔(dān)任本科生天文學(xué)俱樂部的財(cái)務(wù)主管后，他決定要從事課外研究。
當(dāng)他接觸到普林斯頓空間物理組的科學(xué)家時，他受到了熱情的歡迎。“每個人都非常支持本科生研究，特別是在天體物理學(xué)方面，因?yàn)檫@確實(shí)是系文化的一部分，”他說。
“當(dāng)我們像Wolf這樣的學(xué)生能夠?yàn)檫@種空間研究做出如此巨大的貢獻(xiàn)時，這總是很棒的，”空間物理組組長兼普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)副主席David McComas說。“我們中的許多人多年來一直對雙子座流星雨感到敬畏，最終有數(shù)據(jù)和研究顯示它們可能是如何形成的，這太棒了。”
Cukier說他從小就喜歡看天空。“行星科學(xué)出人意料地容易接近，”他說。“例如，對于雙子座流星雨，任何人都可以在今年12月14日晚上出去仰望天空。從普林斯頓可以看到，有些流星非常明亮。我強(qiáng)烈建議去看一看。”