科學網—《天體物理學雜誌》:計算機模擬技術再現黃道光之初

2021-01-10 科學網
黃道光塵埃來自短周期彗星 《天體物理學雜誌》:計算機模擬技術再現黃道光之初

 

據美國《科學》雜誌在線版報導,美國行星動力學家用計算機模型破解了神秘的夜空輝光——黃道光形成之謎。結論認為,黃道光塵埃幾乎全部來自短周期彗星,推翻了長久以來的推測。

 

位於地球上低緯度和中緯度地帶的人們可看到,春季太陽西沉,黃昏過後之時,西方地平線有著微末的三角形光錐;而秋季太陽東升,晨曦未現之時,東方自地平線向上伸展出些許「火舌」。這就是黃道光,一般在西方地平線出沒的,會趁夜色籠罩前自行消逝;於東方地平線現身的,隨著天色吐白而隱匿於晨曦。

 

黃道光通常黯淡且瞬間即逝,但在非常黯淡的理想條件下,可以看到這種奇異光錐沿黃道而上,達地平線以上30°左右,令人倍感難以捉摸;而在地球大氣外,可觀測到黃道光向內延伸到太陽近旁,向外蔓延整個天空。義大利天文學家卡西尼於1683年開始觀測黃道光,現在的科學家們認為黃道光的起因主要是行星際塵埃對太陽光的散射,類似一個龐大的以太陽為中心的「塵埃餅」,但至今仍對這些塵埃的來源摸不著頭腦。

 

美國西南研究所行星動力學家戴維·尼斯沃尼與5名動力學專家組成研究小組,決定考察黃道光塵埃的起源問題。根據第一性原理(即在進行計算時除了告訴程序所使用的原子及其位置外,沒有其他實驗的、經驗的或者半經驗的參量),研究成員為不同起源的塵埃建立了模型,包括小行星撞擊、來自奧爾特雲的彗星以及軌道周期中短於20年的「木星族彗星」,並密切追蹤這些塵埃的去向。其間不斷調整,直到模型與黃道光的真實外貌相符。

 

最終,模型給出了答案:超過85%的塵埃都來自短周期的「木星族彗星」,來自奧爾特雲的彗星貢獻甚少,來自小行星帶的也不超過10%,在小行星整個壽命期內,所聚集的塵埃都不足以達到目前所觀測到的厚度。而且,「木星族彗星」們並不是「輕描淡寫」地灑落塵埃,而是在做重複性「分崩離析」動作,不斷崩潰射出碎片。

 

上世紀90年代,很多理論學者猜測小行星在黃道光形成過程中發揮了重要作用,有天文學教材也推論可能是地球環繞太陽時在軌道上留下的塵埃尾跡。現在證明並非如此,模型已給出了非常不同的答案。

 

相關研究報告將發表於4月20日出版的《天體物理學雜誌》(Astrophysical Journal)。

 

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