星際彗星 3I/ATLAS 幫助天文學家重建早期銀河系狀況

科學家證實，2025年穿越太陽系的星際天體3I/ATLAS彗星含有的氘水濃度比地球海洋中的氘濃度高出40倍。这一发现于四月底发表在《自然天文学》杂志上，为了解宇宙其他区域行星系统形成的极端条件提供了前所未有的线索。該研究分析了位於智利的 ALMA 射電望遠鏡在 2025 年 11 月彗星經過太陽附近期間收集的數據。

3I/ATLAS 彗星是有記錄的第三個穿過太陽系附近的太陽系外天體。研究人員估計它已有超過 100 億年的歷史，保存著銀河系過去的化學記錄，作為穿越星際空間的宇宙時間膠囊。

氘化水的發現打破了宇宙化學的典範

在一種帶有額外中子的稀有氫同位素中檢測到氘，標誌著首次在太陽系外的物體中識別出這種元素。氘化水，稱為 HDO 或半重水，與普通水不同，每個氫原子含有一個額外的中子，使其更重。傳統的水由兩個氫原子和一個氧原子 (H2O) 組成，而氘化水則以氘 (HDO) 取代了常見的氫原子。

研究的主要作者 Luis Eduardo Salazar Manzano 透露，3I/ATLAS 彗星中氘的豐度顯著超過任何已知的參考值。其濃度比太陽系彗星中的濃度高出 30 倍以上，比地球海洋中的濃度高出 40 倍。這種巨大的差異顯示形成條件與當時已知的天體形成條件截然不同。

氘化水的重要性在於它能夠揭示其起源的化學環境。當星際空間的冷分子雲中形成水時，該過程有利於氘的富集。這個過程與其他恆星周圍太陽系的形成同時發生，使氘水成為宇宙起源的高精度地質標記。

形成環境比早期太陽系更冷

對彗星化學成分的分析使天文學家能夠重建它所形成的環境。這些特徵顯示這是一個異常寒冷的系統，估計溫度為攝氏-243.14度。這種極端的冷卻甚至比太陽係自身形成期間的溫度還要強烈，這表明太空區域特別不利於傳統生命形式的發展。

這顆彗星起源於原行星盤，原行星盤是圍繞新生恆星的氣體和塵埃結構。行星正是在這種類型的圓盤中形成的。恆星周圍存在原行星盤並產生了 3I/ATLAS，證實了行星形成過程並非太陽系獨有，而是宇宙多個區域中普遍存在的現象。

研究人員透過研究特定化學元素的豐度及其同位素比率推斷出這些條件。氘非常稀有，而且對原始環境的熱條件很敏感，它起到了地質溫度計的作用，揭示了彗星誕生的遙遠系統的特殊性。

ALMA射電望遠鏡透過昇華揭示氣體

ALMA 電波望遠鏡（阿塔卡馬大型毫米波陣列）對於偵測 3I/ATLAS 彗星中的化學元素起到了決定性作用。科學家們能夠在距離太陽最近的時刻觀測到這個物體，距離為2.03億公里。當彗星靠近恆星時，太陽熱量導致冰昇華並直接從固體轉變為氣體，釋放出望遠鏡儀器捕獲的可偵測分子。

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這種昇華過程是彗星天文學的基礎。當彗核中的冰蒸發時，它會釋放出氣體和粒子，形成可見的彗尾並發出獨特的光譜特徵。 ALMA 射電望遠鏡可以極其精確地捕捉這些特徵，從而識別特定分子並量化其比例。

儀器的靈敏度足以偵測氘水，但無法找到可測量數量的普通水。這個看似矛盾的結果對於科學數據的解釋極為重要。

結果解釋指向不尋常的物體

Salazar Manzano 解釋說，沒有檢測到普通水 (H2O) 並不一定表明 3I/ATLAS 彗星不含有它。所做的觀察可能只是低於現有儀器的靈敏度極限。然而，在普通水無法被辨識的情況下，氘化水的成功檢測為科學界帶來了危險。

氘的異常比例與可檢測到的普通水的缺失立即表明 3I/ATLAS 彗星是一個真正特殊的天體。以前在任何研究的天體上都沒有記錄過這種特徵的組合。這項發現挑戰了現有的理論模型，並迫使天文學家重新考慮宇宙中存在的化學和物理可能性。

研究人員得出結論，彗星 3I/ATLAS 提供了一個獨特的窗口來了解物質在極冷和遙遠的環境中的行為。收集的數據有助於完善太陽系形成模型，並擴展有關宇宙偏遠區域宇宙化學的知識。

學習時間表和方法

查看該研究項目的主要里程碑：

• 2025 年 11 月：ALMA 射電望遠鏡在 3I/ATLAS 彗星靠近太陽時對其進行了初步觀測
• 2026 年 4 月底：結果在《自然天文學》雜誌正式發表
• 2026 年 5 月：向國際科學界傳播研究結果
• 分析：檢測到濃度比地球海洋高 40 倍的氘水
• 預計起源溫度：彗星形成環境中攝氏-243.14度

彗星 3I/ATLAS 於 2025 年底最終離開太陽系，繼續在未知空間的旅程。然而，在其通過期間收集的記錄仍將是未來研究宇宙天體的起源和化學多樣性的重要資料來源。這項發現重申了觀測天文學和尖端技術在解開宇宙最古老和最深奧秘方面的重要性。