图片来源：Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P.Bernardinelli & G.Bernstein (UPenn)/DESI Legacy Imaging Surveys
在海王星和冥王星的轨道之外，有一片黑暗而神秘的广阔空间吸引着天文学家。人们认为，数十亿年前，多达数万亿颗彗星聚集在这里，它们被木星或其他行星扔到它们现在的位置。它们形成了一个巨大的球体，称为奥尔特云，它包围着太阳系，并延伸到距离太阳约几光年的地方。没有人真正知道奥尔特云中存在多少颗彗星或其真实范围，因为到达那个偏远地区的光线太少。但偶尔经过的恒星或银河潮汐会搅动这些太阳系黎明时留下的冰冷残留物，导致彗星落向遥远的太阳并进入我们的望远镜的可观测范围。这些所谓的长周期彗星的轨道有数千年或数百万年，而且大多数的体积都很小，直径不超过几公里。然而在上周，天文学家宣布发现了一颗真正的庞然大物：一颗从一侧到另一侧可能长达数百公里的巨型彗星。“这非常令人震惊，”宾夕法尼亚大学的Pedro Bernardinelli说，他是发现该天体的研究人员之一。现在，研究人员正在努力调试彗星运动方向上的更多望远镜，以发掘其深处的秘密。
该天体最初被称为2014 UN271，现已正式命名为C/2014 UN271（Bernardinelli-Bernstein），以纪念其发现者Bernardinelli和他在宾夕法尼亚大学的同事Gary Bernstein。该天体于2014年由一个名为暗能量调查(DES)的项目首次观测到，但Bernardinelli和Bernstein直到近期才发现这颗彗星，过去几年，他们一直在对DES拍摄的8万多张图像进行分析。2014年的图像显示，它潜伏在地球和太阳之间距离30倍左右的地方，即30个天文单位(AU)处。现在，七年过去了，该天体位于20AU处并继续向我们靠近。它将在2031年1月到达离太阳最近的点：10.9AU处。这并不比土星的轨道更远，它离的足够近，以至于有些人甚至设想派遣航天器短暂访问该天体。目前的估计表明，这颗彗星绕太阳公转需要300万年的时间，在再次俯冲入云之前，它将飞行到近0.9光年的距离，正好进入奥尔特云。
该天体的大小和它近在眼前的距离都吸引了天文学家。“这非常令人兴奋，”加州大学洛杉矶分校的David Jewitt说。尽管该彗星在当前位置接收到的阳光比地球表面少400倍，但其亮度足以被望远镜看到，这表明它的大小肯定在100到370公里之间。这种不确定性是由于该彗星的未知反射率和形状。但无论是哪种情况，这一估计仍比以前已知的任何彗星都要大得多。就其核心而言，1997年观测到的第二大彗星Hale-Bopp就已经令观星者惊叹不已，其直径只有微不足道的60公里。贝尔法斯特女王大学的Alan Fitzsimmons说，Bernardinelli-Bernstein彗星“无疑是我们在现代天文学史上见过的最大彗星”。“在有记录的历史上，我们有发现过非常明亮的彗星，但那是在望远镜发明之前（17世纪）。”
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自宣布以来，对该天体的研究工作进展迅速。一组天文学家已经能够探测到其活动轨迹，很可能是融化的冰在其固体核周围形成大气或“彗发”，从而确认它是一颗彗星。“它的亮度增加了很多，这意味着它很活跃，”欧洲南方天文台的Rosita Kokotanekova说，他使用南半球的望远镜网络进行了观测。持续、快速的观测对于了解更多关于彗星的信息至关重要。“我们仍有可能看到来自其核心的旋转信号，”Kokotanekova说。“当活动变强时，信号会被完全遮蔽。”
观察这样的天体活动也很有启发性，“因为我们从未观察到在离太阳这么远的地方活跃着的彗星，”Kokotanekova说。这将使研究人员能够探测彗星开始活动的太阳系区域。Fitzsimmons说，该天体在2014年到2018年在DES光学仪器中首次出现以来，它似乎没有表现出活动迹象，这意味着它可能在过去三年的某个时候“开启”了。“这将给我们一个非常好的机会来研究这个过渡区域发生的事情，包括从奥尔特云中的冰球到太阳系中一颗完全活跃的彗星。”
在其目前与太阳的距离上，温度太低，水冰无法融化，因此，可能是第一次进入太阳系内部的Bernardinelli-Bernstein彗星，肯定有其他类型的冰正在融化。“最可能的猜测是一氧化碳，因为我们知道它存在于彗星中，而且它的性质很不稳定。”Jewitt说。
部分原因是天文学家对这个天体仍旧所知甚少，他们以前从未见过类似的东西，它的确切性质仍然未知。它真的是一颗大彗星还是其他什么东西？“有些人推测它可能是圆形的，几乎处于流体静力平衡状态，这使得对它的猜测朝着矮行星的方向发展。”Kokotanekova说。然而，这似乎不太可能，因为大多数模型表明，一个冰冷的天体直径必须在800公里范围内，它自己的引力才开始将自己塑造成球形。为了确定天体的真实大小，Jewitt说哈勃太空望远镜是目前唯一有足够能力观察彗发并解析原子核大小的设施。但在撰写本文时，他关于使用珍贵的轨道天文台研究彗星的正式请求尚未获得批准。不过，其他望远镜能够探测不同的特征，例如它的组成。Kokotanekova说：“它与我们观察到的其他一切彗星都大不相同，我们很可能会发现意想不到的东西。”
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在天体到达离太阳最近的位置时，能够对其进行如此长时间的观测，这对未来十年的观测来说，将是非常有益的。天文学家将能够观察它的演变，它的活动水平可能会改变，甚至发生分裂。爱丁堡大学的Colin Snodgrass说：“事实上，我们可以在未来10年追踪这件事，这意味着我们有很多机会可以发现更多细节。”新西兰坎特伯雷大学的Michele Bannister说，就目前而言，我们可能观察到的很多东西仍然是未知的。她说：“这个已经被深度冻结了亿万年，最短的也是数十万年的天体，现在它被太阳加热了。会发生什么？它将有多活跃？我们还不知道。发现这一切将会很有趣。”
这颗彗星也预示着太阳系天文学在不久的将来会发生什么。2023年10月，智利的一台名为Vera C.Rubin天文台的新望远镜，将开始对整个头顶天空进行为期10年的调查，称为时空遗产调查(LSST)。部分归功于它的八米反射镜，Rubin将能够发现比它的任何前辈能发现的更暗的物体，包括更多像这样的大型彗星。“典型的望远镜可以找到50或60AU以外的天体，”华盛顿大学的LSST团队成员Mario Jurić说。“通过LSST，我们可以轻松地达到150AU。我们可能每个月都会看到像Bernardinelli-Bernstein彗星这样的天体。”
目前，C/2014 UN271(Bernardinelli-Bernstein)仍然是有史以来接近太阳系内部的最大彗星，让我们一睹太阳系最外层的秘密。它接近土星轨道时的情形将令人激动不已，Bernardinelli-Bernstein这个名字可能不会很快被遗忘。“它将被研究多年，”Kokotanekova说。“它只会变得更有趣。我们会非常了解它的。”
撰文：Jonathan O'Callaghan
翻译：魏书豪
审校：郭晓
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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