插圖中的是彗星Bernardinell-Bernstein。據估計，它比典型的彗星要大1000倍左右。插圖：NOIRLAB, NSF, AURA, J. DA SILVA (SPACEENGINE)

科學家在衆多星空圖像中發現了一顆光點，并最終證實它是一顆正向我們飛來的彗星。這顆名叫Bernardinelli-Bernstein的彗星，将為一代天文學家提供研究來自太陽系極遠邊緣天體的難得機遇。

撰文：MICHAEL GRESHKO

距離太陽43億千米之外（約為日地距離的29倍），一小束銀光閃過，似乎有什麼東西正朝着我們的太陽飛來，它冰冷而巨大，古老得難以置信。大約4小時後，也就是2014年10月20日的黎明前，智利阿塔卡瑪沙漠裡的一架望遠鏡将目光轉向蒼穹，拍下了南半球的壯美夜空，捕捉到了這一束反射光。

然而，研究人員花了将近7年時間才确認這一個奇怪的光點竟然是一顆巨大的原始彗星，它甚至比現代望遠鏡觀測到任何彗星都大。今年6月，研究人員宣布了這一發現，将這顆彗星命名為Bernardinelli-Bernstein。最近，科學家将迄今對它的所有研究成果都發表在了《天體物理雜志通訊》（The Astrophysical Journal Letters）上。

“我的手機一直響個不停。我壓根沒想到學界對這一發現反響這麼大。”美國華盛頓大學的博士後研究員Pedro Bernardinelli說道。他是在賓夕法尼亞大學做博士研究的最後幾個星期裡，與當時的導師Gary Bernstein共同發現這顆彗星的（彗星以他們兩位的姓氏命名）。“總而言之，還是相當震驚。”

最新的估測認為這顆彗星的彗核寬約150千米。截至目前，這是幾十年來對彗星尺寸的最大估測。與之相比，歐洲航空局的羅塞塔号航天器2014年至2016年繞行的彗星67P/Churyumov–Gerasimenko，直徑僅有4千米左右。

新西蘭坎特伯雷大學的天文學家Michele Bannister（并未參與撰寫該論文）稱：“我們這是從城市大小的彗星，邁向了島嶼大小的彗星。”彗星Bernardinelli-Bernstein的大小甚至可以與一些曆史上的“著名彗星”相提并論，其中包括1729年飛入内太陽系的一顆非常明亮（大概非常巨大）的彗星。

未來10年，随着彗星Bernardinelli-Bernstein靠近内太陽系，從下方沖入行星公轉軌道平面，它的亮度會越來越強。2031年1月21日，它預計将距離太陽約16億千米，比土星的平均距離稍遠，此時它與太陽的距離最近。之後，它将再次踏上飛往外太陽系的漫長旅途，并起碼在本世紀40年代甚至更久的時間裡都保持可見。

彗星Bernardinelli-Bernstein的亮度取決于它的冰層在太陽照耀下蒸發時能釋放出多少氣體，它最亮時可與夜空中土星最大的衛星土衛六一樣。若果真如此，到2031年，使用合适的小型天文望遠鏡就能看到它。

不過，彗星Bernardinelli-Bernstein引人注意的點還在于最初發現它時它與太陽的距離。這顆冰凍天體來自奧爾特雲，那是一個巨大的球形薄霧狀天體，繞行太陽的距離是日地距離的幾千倍。

根據天文學家的計算，這顆彗星繞太陽公轉一周的周期長達幾百萬年。迄今為止，科學家隻發現過3顆來自奧爾特雲的這類“長周期”彗星，而彗星Bernardinelli-Bernstein被發現時，還遠在43億千米之外，這一距離創了彗星發現的記錄。由于發現它的時間很早，一代天文學家們将有機會用足夠的時間解開它的謎團。

黑暗中的一點亮光

彗星Bernardinell-Bernstein之所以引起人類的注意，多虧了口徑約4米的布蘭柯望遠鏡（Blanco Telescope）上安裝的精密數碼相機。該望遠鏡是智利阿塔卡瑪沙漠中托洛洛山美洲際天文台（Cerro Tololo Inter-American Observatory）的一部分。

這台相機其實并非專門用于尋找遙遠的太陽系天體；相反，它是“暗能量巡天（Dark Energy Survey）”項目的關鍵數據來源，而該項目收集了2013年至2019年間南半球夜空的80000次寬幅圖像數據。這一數據庫已經轉變了科學家對理解暗物質所進行的探索（暗能量是驅使宇宙加速膨脹的神秘力量）。不過，用于研究暗物質和其他宇宙現象的圖像，也可以用于發現距離我們較近的天體。

在從事博士研究期間，Bernardinelli的目标是利用“暗能量巡天”項目的圖像發現之前未被發現的、繞行太陽軌道在海王星之外的天體。他當時面臨着重重困難。每一張圖像都非常大，顯示一張全分辨率的圖像就需要一塊由275台高清電視組成的大屏幕。Bernardinelli在幾萬張這類圖像中尋找着寬約幾個像素的光點。

為完成這項搜尋任務，Bernardinelli撰寫了計算機代碼，從“暗能量巡天”項目的圖像中尋找在遙遠恒星背景中移動的光點。在美國費米國家加速器實驗室的約200台計算機集群曆經6個月艱苦的計算後，他們終于将巨大的數據庫縮減到817顆天體，這些天體的軌道與太陽系任何已知天體的軌道都不相符。最後一步，Bernardinelli和Bernstein一一手工核對，以防代碼出錯。

這時候他們注意到：一顆天體的亮度與海王星之外直徑160千米的天體相當，但其軌道很極端，意味着它來源于距離太陽幾萬億千米之外，很像一顆長周期的彗星。Bernstein稱，發現這顆彗星就像是“大海撈針，但是，我們成功發現了它，就像是在桂冠上鑲嵌了一顆明珠！”

把望遠鏡對準彗星Bernardinelli-Bernstein

Bernardinelli和Bernstein将這顆彗星的證據提交給了馬薩諸塞州劍橋市的小行星中心（Minor Planet Center），該中心是負責發布彗星、小行星以及太陽系其他小天體的正式組織。6月19日，該中心确認這一天體是新發現。5天後，該天體被确認為彗星，并為紀念這兩位發現者而命名為Bernardinell-Bernstein。

發現新彗星的消息不胫而走。幾天之内，全世界的天文學家都開始将望遠鏡對準了這顆飛來的天體，并在自己的檔案裡搜尋任何可能包含這顆彗星但之前未注意到的圖像。研究人員很快就發現這顆彗星曾隐藏在2010年的檔案數據裡，這進一步提高了它已知軌道的準确度。

在宣布24小時内，多個天文學家團隊都确認盡管這顆彗星距離太陽還有30多億千米，它已經釋放出足夠的塵埃和氣體，形成了可見的彗發或彗尾。

隻有在接近太陽的熱之後，彗星才會釋放出許多物質，其上冰凍的化合物才會直接升華成氣體。然而，彗星Bernardinell-Bernstein似乎富含産生氣體的“揮發物”，即便在海王星之外的嚴寒太空中也可以升華。觀測表明，這顆天體過去不可能在内太陽系度過太多時間，因此它仍然保留着令人着迷的原始狀态。

關于這顆彗星的彗尾的更多線索來自美國宇航局淩日系外行星巡天衛星（TESS）在2018年和2020年所拍攝的圖像。奇怪的是，這顆彗星在TESS的數據裡比暗能量巡天項目的圖像裡要亮得多。該團隊意識到TESS的像素比暗能量巡天項目的像素所覆蓋的天域大得多，意味着這顆彗星一定在釋放着一個巨大而極度擴散的彗尾。

Bernardinelli和Bernstein又回頭研究暗能量巡天項目的數據，将這顆彗星的許多土星堆棧在一起，試圖确定其彗尾。最終，他們發現他們的數據中暗藏着一個極度微弱的信号，并發現這顆彗星在距離太陽約38.6億千米的時候就開始釋放氣體，幾乎比天王星的平均距離遠40%。

通過追蹤彗發随時間的變化情況，以及當彗星靠近太陽時的亮度變化情況，Bernardinelli的團隊開始為彗星的化學成分建模。他們發現，鑒于在這個極遠距離上太陽光極為微弱，這顆彗星所釋放的要麼是二氧化碳，要麼是氮氣。

該論文的合著者、澳大利亞新南威爾士大學的行星科學家、專門研究TESS數據的Ben Montet說：“這事兒有多酷？我們可以跨越半個太陽系去觀察它，而且我們可以對它的成分做出如此有力的推斷。用相對較少的照片就能做到這一點，真是令人驚訝。”

光明的前途

科學家們已經在頭腦風暴如果安排航天器探訪彗星Bernardinell-Bernstein需要付出什麼代價。眼下，還沒有官方的探測任務，但是如果全世界的航天機構行動迅速，且在2029年之前發射升空，航天器可以在2033年趕上這顆彗星。

研究人員還在努力破解這顆彗星過去在太陽系的軌迹，來确定它已經被太陽改變了多少。Bernardinelli和Bernstein的團隊計算出，在2031年，這顆彗星将是至少300萬年以來它離太陽最近的一次。

然而，想繼續挖掘其過往卻極度困難。奧爾特雲的彗星非常遠，它們的軌道可能會被經過的恒星輕推，意味着為它們的軌道建模需要理清銀河系中衆多恒星的運動情況。新的數據表明，某顆特定恒星就能夠毀掉追蹤恒星軌迹的所有努力。

幾年前，研究人員就已經知道大約280萬年前，一顆與太陽一樣的恒星HD7977曾從太陽系掠過，但沒人知道它所飛掠的确切位置。在一篇投稿于《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）的新研究論文中，波蘭密茨凱維奇大學的研究人員Piotr Dybczyński和Sławomir Breiter發現，我們甚至不知道HD7977是從太陽系的哪一邊飛掠而過的。

這一不确定性意味着，這顆恒星對奧爾特雲彗星的引力拖曳作用也被科學家知之甚少，這可能會對估測彗星Bernardinell-Bernstein最近一次向内運行以及它與太陽的距離産生重大影響。

随着彗星越來越近，更多觀測可能會改變對它大小的預測。目前直徑150千米的估測是基于其當前的亮度，以及它釋放的塵埃和氣體模型而做出的。不過，利用這一模型來計算彗星的大小卻是個難事。如果關于一顆彗星散發氣體的諸多模型都不完整，那麼，彗核就會看起來比其真實情況大一些。

美國科羅拉多州西南研究院的彗星動力學者Luke Dones說：“他們的工作很了不起，但是，我認為這顆天體最終很可能比他們所說的要小很多。”

好消息是，彗星Bernardinell-Bernstein給了全世界的天文學家一個難得的奢侈品：時間。智利的維拉·魯賓天文台（Vera C. Rubin Observatory）預計2023年上線，将能夠接下來10年或者更長的時間内追蹤這顆彗星。未來，最先進的望遠鏡将會改變我們觀察太陽系的視角，并很可能發現更多像彗星Bernardinell-Bernstein一樣的彗星。

與此同時，當這顆新發現的彗星一路飛向我們時，科學家和全世界的人們将能夠将望遠鏡指向夜空，觀看這位不尋常的訪客：一顆拖着巨大而模糊的彗尾的大冰球。Ben Montet說：“它看上去應該很壯觀。”

（譯者：Mike gao）

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