1961年,波兰天文学家柯迪莱夫斯基在深空中发现了两组隐藏的物质,并将其命名为柯迪莱夫斯基云。匈牙利科学家贾博尔·霍瓦特(Gábor Horváth)等待人们再次捕捉到实质上是尘埃云的柯迪莱夫斯基云,终于揭开了多年的谜团。研究结果发表在《皇家天文学会月报》上。
柯迪莱夫斯基云也被称为地球上的“尘云卫星”或“幽灵卫星”。尘云离地球只有40万公里,但却是天文学家57年来争论不休的“罪魁祸首”。为什么尘云的存在有争议?匈牙利科学家是如何发现它的?它的形成机制是什么?
近70年前的预测
芬兰奥卢大学太阳系尘埃动力学研究人员刘晓东在接受《科技日报》采访时表示:“灰尘是一种从纳米到毫米的空间颗粒,通常存在于太阳系甚至宇宙中。事实上,除了大大小小的天体外,宇宙并不是完全真空的。”。
早在1951年,波兰天文学家维特科瓦斯基就预测重力平衡点上的粉尘浓度会增加,并通过光度测量得到确认。
引力平衡点,即拉格朗日点,是天体力学中限制性三体问题的五个特殊解决方案,分别表示为L1、L2……L5。简而言之,由于重力的作用,空间中存在着由两个较大的天体和一个质量可以忽略不计的小天体组成的三体系统的重力平衡点。若小天体处于这些点,则与两大天体相比基本保持静止。例如,1906年在木星轨道上首次发现小行星在日木系统中运动L4点附近。在限制性三体问题中,L4、L5.平衡点稳定。即使受到外界重力的干扰,位于稳定点的小天体仍有保持原位置的倾向。
1961年3月,柯迪莱夫斯基接近地月观测系统L5平衡点的位置先后拍摄了两个光点,并以自己的名字命名。“柯迪莱夫斯基云”的说法诞生了。从维特科瓦斯基的预测到柯迪莱夫斯基的真实拍摄到实证已经10年了。
偏振观测使“卫星”出现
正如前面提到的,柯迪莱夫斯基云距地球40万公里,以30万公里/秒的光速计算。一束光从地球出发,只需1.33秒就能触摸到云的神秘面纱。众所周知,浩瀚宇宙至少有137亿光年,相比之下,40万公里可以称之为“近在咫尺”。然而,在地球的“眼皮底下”,这个谜一直延续到今天。
柯迪莱夫斯基当时拍摄的两个云极其模糊,因为两个尘埃云极其微弱。太阳引力摄入、太阳风等大行星的引力作用会降低这里尘埃的稳定性。因此,这两个尘埃云的存在一直受到天文学家的质疑。只有少数计算机模拟研究模拟了尘埃云的形成和特性。当然,也有一些科学家根据柯迪莱夫斯基的相关研究进行了探测,但并没有捕捉到柯迪莱夫斯基云。
20世纪90年代,日本发射的太空探测器“飞天”号试图探测地月系统拉格朗日点附近的灰尘颗粒。结果表明,与周围环境相比,灰尘密度没有显著变化。
半个世纪后, 贾博尔·霍瓦特等人再次捕捉到柯迪莱夫斯基云,使其“沉冤”终于“昭雪”。
贾博尔·霍瓦特在最近的文章中考虑了太阳、地球和月球三大天体对灰尘颗粒的作用,模拟了186万颗粒子。在时间维度上,是的L模拟3650天平衡点附近尘粒的运动,发现3650天后L剩下的灰尘可以在5点附近聚集。文章称,即使有太阳引力等多重外力干扰,地月系统也会发生L尘埃云仍有可能在5点附近形成。
理论计算结果就像黑暗中的曙光,给研究人员很大的信心。然后,研究小组利用匈牙利私人天文台对抗L连续观察和拍摄5点附近尘云可能存在的位置。“利用地面成像偏振测量,我们提供了新的观测证据来证明地月系统L柯迪莱夫斯基云存在于5点附近。”贾博尔·霍瓦特等人在论文中写道。在得出结论之前,研究人员还提到偏振测量广泛应用于天体探测。带偏振器的望远镜可以研究地球大气中性点、日冕、太阳系行星/卫星表面、遥远的恒星、星系和星云。这些例子很好地表明,偏振测量是收集天文信息的一种有用技术。因此,研究人员认为,通过成像偏振测量技术研究柯迪莱夫斯基云是可行和有效的。
不太可能“转变”为真正的卫星
贾博尔·霍瓦特等新研究结束了半个世纪的争论,这是否意味着地球从现在开始有两颗“卫星”?答案是否定的。“太阳系中的灰尘很常见。有些地方的灰尘密度高于其他空间,通常被称为“灰尘云”。然而,与真正的卫星相比,灰尘云的密度几乎很小,可以忽略不计。南京大学天文空间科学学院教授周立勇告诉《科技日报》,与实体卫星不同,尘埃云的自重力几乎可以忽略不计。就现有的理论模型而言,宇宙中的尘埃需要非常严格的环境和条件来凝结和积聚成更大的天体,因此这些尘埃云不可能演变成地球上的卫星。
贾博尔虽然没有“蜕变”成卫星的希望,但不可否认·霍瓦特等新研究对未来相关领域的影响。“理论上,平衡点附近可能有相对高密度的灰尘物质,现在贾博尔·霍瓦特等人通过技术手段真正观察到尘埃云,证实了天文学家的期望。周立勇说,由于太阳系中的尘埃粒子不仅会受到太阳、地球和月球的引力,还会受到其他天体的引力摄入和太阳辐射压力等非引力摄入的影响。因此,该研究的观测数据可以在一定程度上反映平衡点附近复杂的空间环境,也为人们进一步探索尘埃粒子的运动模式或轨迹进化提供了真实有效的数据。
这项研究还将尚未解决的谜题重新抛在了天文学家面前——尘埃的起源是什么?尘埃云的形成机制是什么?
刘晓东说,大行星的卫星或小行星的表面会受到行星物质的冲击而产生灰尘。大行星的卫星或小行星可以看作是“母亲”。当母亲没有大气或非常薄的大气时,在高速行星际物质的冲击下,母亲会弹出粉尘颗粒。这些粉尘颗粒很可能获得超过母亲星球逃逸速度的初始速度,从而脱离母亲。此外,尘埃也可能伴随着卫星的地下喷泉喷射,如土卫二和木卫二的羽流喷泉尘埃。当然,还有更多未知的可能性等待研究人员进一步探索。
至于尘埃云的形成机制,学术界认为它“可能是由星际尘埃聚集的”。在刘晓东看来,尘埃云附近也可能有小行星或砾石大小的母体。这些母亲在行星物质的冲击下产生灰尘,形成灰尘云,但这些母亲尚未被人类发现。
不仅尘云的形成机制还有待探索,而且还需要进一步研究尘云的运动特征和分布规律。更重要的是,尘云只是浩瀚宇宙中的一滴水,无数的谜团正在等待人类一步一步地接近。一个谜的揭示意味着下一个谜的开始,我们一直在路上,从未停止过。(记者 于紫月)