天文學(xué)家首次探測到太陽系外一個微小天體周圍的稀薄大氣——此前被認(rèn)為過小，無法支撐大氣層存在。

數(shù)千個冰凍的巖石天體，稱為海王星外天體（TNOs），存在于太陽系邊緣的柯伊伯帶，這些遺跡是45億年前形成的遺跡。矮行星冥王星是這些TNO中最大的，得名是因?yàn)樗鼈兾挥诤Ｍ跣擒壍乐狻?/p>

這些小天體的嚴(yán)寒溫度和微弱的表面重力長期以來使天文學(xué)家認(rèn)為它們無法保持大氣層——除了冥王星，它有一個薄大氣層。大氣層，尤其是密集的大氣層，通常形成在大型行星或衛(wèi)星周圍，包括土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六。

與此同時，矮行星厄里斯、豪梅亞、馬克馬克和矮行星候選昆歐爾，這兩顆繼冥王星之后最大的TNOs，似乎沒有大氣層。

在一次罕見的觀測機(jī)會中，日本天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個稀薄的大氣殼，稱為（612533） 2002 XV93，這是一項(xiàng)發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志周一發(fā)表的研究。
冥王星直徑為2377公里，而2002 XV93僅跨約500公里。

這一意外發(fā)現(xiàn)——由日本國立天文臺副教授兼高級講師有松浩博士及其同事們完成——可能為人們提供前所未有的洞察，揭示大氣如何形成和維持在小天體周圍，并改變天文學(xué)家對柯伊伯帶天體的看法。

隨著2024年1月的臨近，有松和同事們準(zhǔn)備了一次獨(dú)特的機(jī)會，從日本觀測一顆明亮恒星經(jīng)過的TNO衛(wèi)星。

2002 XV93的軌道是柯伊伯帶天體的標(biāo)準(zhǔn)軌道，且比矮行星小，因此它被認(rèn)為與其他TNO沒有區(qū)別。

但有松表示，像TNO在宇宙背景中被恒星照射的時刻，稱為恒星掩星，是研究小型遙遠(yuǎn)天體大小、形狀和特征的難得機(jī)會。研究人員在日本三個不同地點(diǎn)設(shè)立了天文臺，分別使用京都和長野縣的天文臺，以及福島的市民科學(xué)家運(yùn)營望遠(yuǎn)鏡。

隨著TNO在恒星前方移動，恒星的光芒逐漸暗淡，暗示著大氣層的存在。如果一個物體沒有大氣層，恒星會消失并以更清晰的方式重新出現(xiàn)。

有松在郵件中寫道：“觀測數(shù)據(jù)顯示，恒星在陰影邊緣附近亮度發(fā)生了平滑變化，持續(xù)約1.5秒。這種平滑的亮度變化，如果星光被物體周圍非常稀薄的大氣彎曲，自然可以解釋?！?/p>

研究人員計算出2002 XV93的大氣層比地球大氣薄約500萬到1000萬倍——并懷疑兩種可能的形成原因。

大氣可能是冰冷小體上的冷火山產(chǎn)物，這些火山從表面下釋放出甲烷、氮?dú)饣蛞谎趸嫉葍?nèi)部氣體。或者，另一顆柯伊伯帶天體如彗星可能撞擊了2002 XV93，也從地下釋放氣體。

有松表示，如果大氣是因撞擊而形成的，可能只能持續(xù)數(shù)百年。但他說，如果定期的冷凍火山活動通過釋放氣體來補(bǔ)充大氣，這種狀態(tài)可能會持續(xù)更久。

未來的觀測，無論是通過更多恒星掩星機(jī)會，還是使用強(qiáng)大的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，都將幫助天文學(xué)家更好地描述大氣的本質(zhì)，確定其起源，以及大氣隨時間的演變。

有松說：“如果未來的掩星觀測顯示壓力持續(xù)下降，這將表明撞擊起因時間較短。”

韋伯望遠(yuǎn)鏡還能探測來自該物體的甲烷或一氧化碳排放，并識別大氣成分。

有松團(tuán)隊(duì)繼續(xù)通過恒星掩星觀測尋找其他TNO周圍的大氣。他們的發(fā)現(xiàn)有助于確定2002 XV93是否是罕見的例外，或者其他類似的小天體是否也擁有大氣層。

“這是一個令人振奮的發(fā)現(xiàn)，”華盛頓特區(qū)卡內(nèi)基科學(xué)研究所的工作人員科學(xué)家斯科特·S·謝潑德博士說，“曾認(rèn)為像2002 XV93這樣的天體太小，無法形成大氣層，但這個結(jié)果表明事實(shí)并非如此?！?/p>

謝潑德未參與該研究，但他研究并發(fā)現(xiàn)了TNOs。

謝潑德指出，這一發(fā)現(xiàn)還凸顯了2002 XV93近期活動的發(fā)現(xiàn)，無論是凍結(jié)氣體的噴發(fā)，還是物質(zhì)緩慢落回天體表面的余波。

謝潑德在一封電子郵件中寫道：“這表明柯伊伯腰帶并非一個寒冷的死地，而是充滿了活動，擁有許多生命的基石?！?/p>