星际彗星3I/ATLAS的冰与海王星外天体相似，韦布望远镜发现

从星际彗星3I/ATLAS上剥离的冰，看起来与我们熟悉的彗星上的冰并不相同。詹姆斯·韦布空间望远镜的光谱显示，该彗星存在强烈的水冰信号，而通常伴随水冰出现的两个信号却几乎消失——这种模式与一些远在海王星轨道之外运行的冰冷天体相吻合。

这一吻合之所以重要，是因为3I/ATLAS诞生于另一颗恒星周围。如果它的冰粒与保存在我们太阳系边缘的物质形态相同，那么银河系各处行星形成盘中的原始行星成分可能都以相似的状态出现。作者将此作为一个有待检验的可能性提出，而非定论。

由得克萨斯州西南研究院的西尔维娅·普罗托帕帕（Silvia Protopapa）领导的研究团队发现，该彗星的彗发——即彗核周围的气体和尘埃云——最佳解释是微小的水冰颗粒与尘埃混合而成。每个颗粒直径约1微米或更小，不到人类头发丝宽度的五十分之一。

“星际彗星是小型冰体，形成于其他恒星周围的气体和尘埃盘，如今正穿越我们的太阳系，”普罗托帕帕说。在此之前，已知的此类天体只有两个：没有可见彗发的‘奥陌陌，以及彗星2I/鲍里索夫。

两个消失的冰信号

水冰会在红外光中留下指纹。最深的是3微米附近的吸收带。两个较弱的吸收带位于1.5微米和2.0微米附近，大多数含冰彗星都会显示这三条带。在3I/ATLAS中，3微米带很强，在韦布第一次观测时使反射光减弱77%，最后一次观测时减弱94%。而两条较短的吸收带非常微弱或完全缺失。

“这种组合令人费解，”普罗托帕帕说。“强烈的3微米带表明彗发中存在水冰。但较弱或缺失的短波吸收带则暗示，这些冰并非我们通常在太阳系彗星中看到的那种形态。”

解释在于光程长度。弱吸收带只有在光线穿过较长距离的冰时才会显现，就像一块薄薄的染色玻璃看起来几乎透明，而厚块则显示其颜色。在这种细小且含尘量高的颗粒中，光线在散射回来之前只穿过极少的冰。弱吸收带因此消失，而强吸收带得以保留。

韦布三次读取彗星数据

“我们设计这个项目，就是为了在发现活跃的星际彗星时能够立即响应，并随时间对其进行跟踪，”美国宇航局戈达德太空飞行中心及美国天主教大学的马丁·科迪纳（Martin Cordiner）说，他是该项目的首席研究员。

韦布利用其近红外光谱仪在八个月内三次对准该彗星，分别在其最接近太阳之前和之后。在棱镜模式下，它同时记录0.6至5.3微米的光谱，因此尘埃、冰和逸出的气体都落在同一个光谱中。

只有第一次和第三次观测被建模。中间那次观测（最接近太阳时）受到发光的水蒸气、有机分子、镍原子和温暖尘埃的污染。

研究团队将光谱与不同大小和成分的颗粒散射光模型进行了比较。纯冰颗粒，以及冰与碳或橄榄石混合的颗粒，要么高估了弱吸收带，要么无法重现强吸收带。最佳拟合是冰与辉石（一种常见于岩石和陨石中的硅酸盐矿物）混合。在最后一次观测中，随着彗星远离太阳，数据还要求存在第二类更大、富含冰的颗粒（大小仍在1微米左右），并在3.1微米附近出现一个微弱特征，与结晶冰一致。

不同于我们的彗星，却与海王星外的世界相似

颗粒大小并非3I/ATLAS的独特之处。哈特利2号彗星会脱落大小相似的近乎纯冰的颗粒，而卡特琳娜彗星的冰颗粒模型显示尘埃含量最多为1%。这颗星际彗星处于该范围中含尘量较高的一端。

“3I/ATLAS的颗粒大小与我们自己彗星中的颗粒大致相同，”普罗托帕帕说。“它们的不同之处似乎在于冰中混合了多少尘埃。”

意外来自海王星外天体——这些冰冷天体运行在海王星轨道之外，被认为保存着太阳系诞生时的物质。在韦布DiSCo巡天对中等大小海王星外天体定义的光谱类别中，3I/ATLAS的3微米带与富含二氧化碳冰的类别最为相似，而这些天体也缺乏强烈的1.5微米和2.0微米吸收带。相似之处在于水冰吸收带，而非二氧化碳。

“乍一看，3I/ATLAS与我们熟悉的含冰彗星不同，”普罗托帕帕说。“但当我们把它与太阳系中遥远的冰冷世界放在一起时，它就不再显得格格不入了。”

这种比较反过来也成立。对于那些遥远天体的类别，3微米处的凹陷此前主要被归因于有机化合物和甲醇，因为较弱的水冰吸收带缺失。而彗星表明，含尘的水冰颗粒本身就能产生相同的形状，因此部分信号可能终究是水冰。

一颗彗星无法解决的问题

这一结果依赖于实验室数据。模型需要水冰的实测光学特性，而两个标准数据集给出的吸收带形状明显不同。作者无法确定冰在两次观测时是否都是结晶态，还是从无序的非晶态转变为晶体，他们呼吁进行新的实验室测量，涵盖不同温度和相态的冰。

两次观测之间的变化也有两种解释。“我们还无法判断，随时间的变化是由于太阳在不同观测时对颗粒的加热方式不同，还是因为彗星表面在靠近太阳时被侵蚀而暴露出的新物质，”马里兰大学的迈克尔·凯利（Michael Kelley）说，他是该论文的第二作者。

彗发中的颗粒也并非彗核的直接样本，它们可能是更大团块的碎片。海王星外天体的表面数十亿年来一直受到辐射和撞击的改造，因此作者警告不要将这种吻合视为相同诞生地的证据。该彗星化学性质的其他差异表明，形成3I/ATLAS的盘并非我们太阳系盘的复制品。此前的一项分析曾将该彗星与一类偏红、富含有机物的遥远天体进行比较，因此该领域尚未达成共识。

此外还有样本量的问题。这只是一颗星际彗星，被观测了三次。

关于3I/ATLAS及其冰的常见问题

什么是3I/ATLAS？

它是第三个确认进入太阳系的星际天体，是一颗拥有彗发和彗尾的真正彗星。其开放的双曲线轨道意味着它永远不会返回。它在最接近太阳时穿过地球和火星轨道之间，从未靠近过地球。

3I/ATLAS含有水吗？

是的。韦布在其彗发中探测到了水蒸气和水冰。它还异常富含二氧化碳：在韦布的首次观测中，彗发中的二氧化碳含量大约是水的八倍，这是彗星中测量到的最高比例之一。

什么是海王星外天体？

它们是运行在海王星轨道之外、距离太阳约30倍地球-太阳距离以上的冰冷天体，这一群体包括冥王星。它们在数十亿年间保持寒冷，保存着行星如何形成的线索。

3I/ATLAS有多古老？

无人知晓。根据其速度和方向，一项研究估计，如果它来自银河系由古老恒星组成的厚盘，那么它的年龄在76亿至140亿年之间，这将比46亿岁的太阳系还要古老。该估计是统计性的，而非直接测量。

接下来会发生什么

该彗星于2025年7月1日由智利里奥乌尔塔多的ATLAS巡天望远镜发现。韦布于2025年8月6日、2025年12月22日和2026年4月1日对其进行了观测，当时彗星距离太阳分别为地球-太阳距离的3.3倍、2.4倍和5.7倍。它于2025年10月29日最接近太阳，距离为1.36倍地球-太阳距离。该论文于2026年10月26日发表在《天体物理学杂志快报》上，由来自美国和欧洲的15位研究人员署名。

更多韦布对太阳系彗星和新星际访客的观测将检验3I/ATLAS是否具有典型性。维拉·C·鲁宾天文台为期十年的巡天已于2026年6月开始，预计将发现更多此类天体。明天是3I/ATLAS绕过太阳一周年纪念日，它已经在返回太阳系外的途中。它所携带的冰，看起来比最初想象的要更不陌生。

参考文献：Protopapa et al., “JWST Reveals Refractory-rich Water Ice in Interstellar Comet 3I/ATLAS: Evidence for a Continuum of Grain Properties across Protoplanetary Disks,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aea60d

标签: 天文学, James Webb Space Telescope, 3I/ATLAS, 海王星外天体, 彗星, 星际天体