太陽系外圍的冰冷行星揭示了意想不到的大氣層

天文學家在海王星軌道之外的一個圍繞太陽運行的小冰天體周圍發現了稀薄的大氣層。該天體名為(612533)2002 XV93，半徑約250公里，位於柯伊伯帶，距離地球近60億公里。這項發現於本週一（4）發表在《自然天文學》雜誌上，挑戰了哪些天體可以維持穩定大氣層的既定概念。

迄今為止，在海王星外天體中，只有冥王星擁有確認的大氣層。先前在鬩神星、鳥神星和類星體等較大矮行星上探測大氣層的嘗試並未取得類似的結果。

透過恆星掩星觀測可以識別

日本國家天文台天文學家有鬆幸領導的研究小組使用了一種稱為恆星掩星的精確方法。在這種技術中，物體經過從地球上看到的一顆恆星的前面並暫時阻擋其光線。分析這種亮度如何隨著時間的推移而減少，使我們能夠識別天體的特徵，包括大小、形狀和周圍物質的存在。事實證明，這種方法對於確認大氣層的存在具有決定性作用。

此次觀察於 2024 年 1 月 10 日從日本的三個戰略地點進行：

• 京都大學露臺上安裝的小型望遠鏡
• 木曾天文台的 1.05 公尺施密特望遠鏡，配備高時間解析度相機
• 業餘天文學家細井勝正在福島操作的 25 公分望遠鏡

光的漸變模式揭示了氣體的存在

沒有大氣層的物體表現出一種特徵模式：恆星的光在隱藏時突然消失。 (612533) 2002 XV93 的表現完全不同。在整個掩星過程中，光線逐漸變暗，這項特徵顯示物體周圍存在著一層薄薄的氣體。這種氣體在完全阻擋之前會稍微彎曲光線，產生觀察到的效果。

收集的數據顯示大氣壓力在 100 到 200 納巴之間。結合實際情況來看，這項測量值比地球大氣層薄約 500 至 1,000 萬倍。儘管它非常輕，但此氣態層的確認標誌著在理解太空小天體上大氣的形成和持久性方面取得了重大進展。

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化學成分保持開放

研究人員測試了檢測到的氣體的化學成分的三種可能情況：甲烷、氮氣或一氧化碳。這三個模型似乎與收集的觀測資料相容，目前無法明確識別真實成分。這些化合物與形成冥王星大氣層的化合物完全相同，顯示海王星外天體具有共同的化學起源。

無法區分哪種氣體在大氣中占主導地位並沒有削弱這項發現的科學價值。它為使用更先進的設備或替代觀察方法的後續研究開闢了新的途徑。

對理解跨海王星天體的意義

如此小而遙遠的天體上存在著大氣層重塑了以前的理論模型。科學家認為，只有相當大的天體才能在太陽輻射和太陽風的壓力下保留氣體。 (612533) 2002 XV93 顯示該規則也有例外。它的相對大小和與太陽的距離為維持薄薄的氣體包層創造了獨特的條件。

未來對其他柯伊伯帶天體的研究可能會揭示這種大氣是一個孤立的案例還是一個更常見的現象。在這項發現中得到驗證的恆星掩星方法為太陽系這些極端區域的大規模研究提供了一條可行的途徑。