简介: 通过分析三维图像，利用压力模型，研究者得出压力塑造了彗星表面的地质特征，并且旋转的地质压力形成了双耳垂状的彗星。
这颗彗星自从它被发现以来，其诡异而又独特的双瓣形状就一直是个谜，而这个谜又是其形成的线索。
彗星 67P/Churyumov-Gerasimenko 在其45亿年的历史中，经过了一系列艰难的变化才最终形成了目前独特的形状。 图片来源: C. Matonti et al (2019)
觉得最近的压力很大？有一种彗星的压力可能比你还大。欧空局（ESA）的罗塞塔任务表明，从彗星 67P/Churyumov-Gerasimenko的形状引起的地质应力一直是塑造彗星形成后至今表面和内部的关键过程。
又小，又冷，同时带有两个不同的裂片的彗星对于太阳系来说可再常见不过了，其中，一个对于这类彗星的形成方式的解释是在大约45亿年前形成初期，两个原始物质的缓慢碰撞。一项新的研究通过罗塞塔在67P/C-G两年间收集的数据来阐述了随后数十亿年中产生的彗星的机制。
研究人员利用从罗塞塔的高分辨率OSIRIS摄像机获得的图像数据对彗星进行了应力建模和3D分析，并以此探究彗星的表面和内部。
“我们发现彗星的断层和裂缝网已经穿透到了地下500米深处，并且向外延伸了至少几百米”，来自法国艾克斯-马赛大学的主要作者，克里斯托弗·马通尼说，“这些地质特征是由剪应力创造的，剪应力是一种通常能够在地球和其他陆地行星的地震和冰川中出现的机械力。当两个物体或者块体沿着不同方向推动彼此并产生位移时常能见到。出现这种现象十分令人兴奋：这揭示了许多有关彗星形状，内部结构和它如何随着时间变化和演变的信息。”
通过研究人员创造的模型发现，剪应力在彗星被称为“颈部”的中心位置达到峰顶，而该颈部也就是连接着彗星两个裂片的最薄部分。
“就像是两个半球的内部都在产生拉扯和移动的力，使得中间的部分，也就是我们现在看到的“颈部”变形，就是通过这个过程产生的机械侵蚀使得“颈部”变薄。”同样是来自法国艾克斯-马赛大学的共同作者Olivier Groussin如此解释道。“我们认为这种力来自于彗星的旋转和它最初的不对称形状相结合所产生的，当上述提到的那些元素围绕着彗星的重心扭转时，在彗星的“颈部”和“头部”相应地也就形成了一个扭矩。”
观测结果表明，剪切应力在彗星四周各处，特别是在彗星的“颈部”都在发挥着作用。事实上，裂缝是能够如此深入地传播到67P/C-G内同样证明了彗星内部材质显现出一种脆性，一种在此之前从未被了解过的性质。
对柯伊伯带的一个天体Ultima Thule （左图）的第一印象表现出了与欧空局探索了两年多的罗塞塔任务观测彗星（右）在外观形状上的惊人相似。
图片来源: Left: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute; right: ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0
“没有任何一种已知的观察结果能让我们用热过程来解释这种形成”，英国斯特林大学的合著者Nick Attree补充道。“只有将其解释为存在一个应用到整个彗星全体的一个剪切力，特别是彗星的“颈部”，在数十亿年的历史中使其变形，损坏。只有这样才说得通。”
升华，也就是冰直接变成蒸汽并最终成为彗星尘埃被拖入太空的过程，是另一个众所周知的可以随着时间影响彗星外表的过程。特别的，当彗星接近太阳的时候，气温升高使得这一过程加速进行，能够让他更快地失去冰块，也许罗塞塔任务在67P/C-G彗星期间捕捉到的一些戏剧性的爆发是最好的视觉效果。这一性的结论阐明了双叶彗星是如何随着时间的推移而演变的。
彗星一般被认为是在太阳系早期形成的，在进入太阳系内部之前被存储在大量的，太阳系外援的云层之中。正是在太阳系最初的“建设”阶段，67P/C-G慢慢地形成了他最初的样子。
这项新研究表明了，即使是在距离太阳很远的地方，剪切力也会在形成后数十亿年的时间范围内起作用，而在此过程中，升华也在更短的百万年的时间范围中继续塑造者彗星的外表，尤其是在已经被剪切力削弱过的“颈部”。
一颗赛特的是，NASA的“新视野”探测器最近传输回来了其飞掠Ultima Thule的图像，也就是我们上文提到的柯伊伯带的海王星横穿天体，是位于太阳系外围的彗星和其他小物体的储藏间。数据证明了即使该星体相对于罗塞塔的彗星稍显扁平，但该物体也有着相似的双瓣形状。
“这种形状上的相似性是有可能的，但作用力结构上的相似似乎很难在Ultima Thule上显示出来”克里斯托弗评论说。随着更多的更详细的图像被传回且分析之后，时间将会告诉我们它是否也经历过和67P/C-G相同的演化历史。
“彗星只是我们用来认识和了解太阳系形成和进化的一种粗糙手段”来自欧空局的罗塞塔项目科学家马特泰勒如此说道。“我们只是探索了我们所能了解到的几颗彗星，而67P是我们到目前为止探索过的最详细的一颗。罗塞塔任务为我们揭开了太多这些冰冷游客的秘密，可以让我们以一种前所未有的方式一窥太阳系的边缘和最初的样子”
作者: Lee Cavendish
FY: 百里酚蓝
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