3I/ATLAS 展现前所未有的负偏振现象,不同于任何已知彗星或小行星
首次偏振观测揭示星际彗星 3I/ATLAS 展现出有史以来任何太阳系天体中最深的负偏振,表明尘埃颗粒在与我们自己的行星系统根本不同的条件下形成。
独特的光学特征
在发表于《天体物理学杂志通讯》的一项突破性发现中,一个国际天文学家团队揭示了星际彗星 3I/ATLAS 展现出深而窄的负偏振分支,在相角 7° 处达到最小值 -2.7%,反转角仅为 17°。
这种组合在小行星和彗星中都是前所未有的——包括之前的星际访客 2I/Borisov——标志着 3I/ATLAS 是已知第一个展现如此极端偏振行为的天体。这些测量是使用 ESO 甚大望远镜的 FORS2 仪器、北欧光学望远镜的 ALFOSC 以及 RCC 天文台的 FoReRo2 获得的。
这一发现的非凡之处
研究团队解释说:"负偏振分支的深度几乎是罕见的 F 型小行星和彗核的两倍。""虽然 3I/ATLAS 的反转角类似于某些小型海王星外天体,但其负偏振却是前所未有的。"
这种异常意味着 3I/ATLAS 周围的尘埃颗粒必须与熟悉彗星释放的颗粒根本不同——可能具有非常精细的纹理、分层结构,或者在远离我们自己环境中形成的组成。
理解彗星的光偏振
当阳光从彗星彗发中的尘埃颗粒散射时,反射光会变得部分偏振——其电磁波优先在某些方向振动。这种偏振的程度和方向取决于尘埃颗粒的大小、形状、组成和结构。
在小相角(太阳、彗星和观测者之间的角度)时,大多数彗星显示"负偏振",光更多地平行于散射平面振动。随着相角增加,偏振转为正值。发生这种转换的角度称为反转角,负偏振最小值的深度是颗粒特性的诊断指标。
偏振最小值
有史以来任何彗星测量到的最深负偏振,出现在相角 7°
反转角
异常低的反转角,类似于一些海王星外天体,但负分支要深得多
既不高也不低:一个新类别
太阳系中的彗星通常分为两个偏振类别:高偏振彗星(负分支较浅,反转角较高)和低偏振彗星(负分支中等,反转角较低)。这些类别反映了尘埃颗粒特性和组成的差异。
3I/ATLAS 不属于任何一类。其偏振行为与所有已知彗星——无论是星际的还是束缚在太阳系的——都显著不同。极深负偏振和低反转角的组合代表了前所未见的独特光学特征。
与其他天体的偏振比较
典型太阳系彗星
负偏振:-1% 至 -1.5% | 反转角:18-22°
2I/Borisov(之前的星际彗星)
负偏振:约 -1.2% | 反转角:约 21°(类似于太阳系彗星)
F 型小行星和彗核
负偏振:约 -1.4% | 反转角:17-18°
海王星外天体(Pholus)
低反转角,红色表面,可能含有水冰
3I/ATLAS(本次发现)
负偏振:-2.7%(前所未有) | 反转角:17°(独特组合)
尘埃揭示的信息
极端负偏振告诉科学家 3I/ATLAS 的尘埃颗粒具有不寻常的光学特性。已提出几种可能性:
- 超细颗粒纹理:颗粒表面在微观尺度上比典型彗星尘埃更光滑或更粗糙
- 分层或复杂结构:具有多层组成或具有不寻常内部几何结构的聚集体的尘埃颗粒
- 异质组成:太阳系彗星中不常见的物质混合物或矿物组合
- 形成环境指示:太阳系原行星盘中不存在的温度、压力或化学条件的特征
研究团队指出,在非常小的相角下,偏振相位曲线的外推斜率与某些小型海王星外天体和半人马座 Pholus 一致——这些天体已知具有红色、可能含有水冰的表面。这为光谱证据提供了独立支持,表明 3I/ATLAS 可能具有红色表面组成。
对行星形成的影响
这一发现为越来越多的证据增添了新的内容,表明 3I/ATLAS 在与太阳系天体非常不同的条件下形成。虽然 2I/Borisov 在许多方面看起来与太阳系彗星非常相似,但 3I/ATLAS 继续揭示根本差异:
3I/ATLAS 的关键异常
- 1. 彗星中前所未有的极端负偏振(-2.7%)
- 2. 从 2.9 AU 距离产生的异常水产量(见水探测文章)
- 3. 类似于外太阳系天体的不寻常红色
- 4. 表面活动水平(≥8%)几乎是典型彗星的两倍
- 5. 年龄可能比太阳系大数十亿年(估计 70 亿年以上)
- 6. 轨迹表明起源于极其遥远的恒星育婴室
研究团队指出:"这种负偏振的深度表明 3I/ATLAS 的尘埃是在与太阳系条件非常不同的环境中形成的。""也许其母恒星系统的温度、辐射环境或化学组成创造了我们在太阳周围形成的彗星中根本看不到的尘埃颗粒特性。"
观测活动
偏振观测是在近日点前使用世界上一些最先进的仪器在 7.7° 至 22.4° 的相角范围内获得的:
FORS2/VLT
ESO 甚大望远镜的焦点缩减器和低色散光谱仪,智利
ALFOSC/NOT
北欧光学望远镜的阿罕布拉暗天体光谱仪和相机,拉帕尔马
FoReRo2/RCC
RCC 天文台的焦点缩减器和 Roschin 相机
这些观测需要极其仔细的测光校准和多个观测时段,以足够的精度绘制出偏振相位曲线,从而揭示这种前所未有的行为。
近日点和持续研究
3I/ATLAS 于今天 2025年10月29日 到达近日点(最接近太阳),距离为 1.357 AU(2.03 亿公里)。这标志着彗星活动的高峰,此时太阳加热最强,喷气速率达到最大值。
近日点后的观测对于了解偏振特性是否随着彗星活动的演化而变化至关重要。国际小行星预警网络(IAWN)已启动一项从 2025年11月27日 至 2026年1月27日 的活动,以协调观测并改进对这位独特星际访客的天体测量追踪。
即将到来的观测窗口
每个星际访客都讲述不同的故事
迄今为止发现的三个已确认星际天体——1I/'Oumuamua、2I/Borisov 和 3I/ATLAS——彼此都极其不同,挑战了我们对"典型"星际天体的理解:
1I/'Oumuamua 异常干燥,没有检测到彗发或尾巴,表现出未知起源的非引力加速度,并具有不寻常的细长或煎饼状形状,至今仍引发关于其性质的辩论。
2I/Borisov 显得令人放心地熟悉——一颗富含一氧化碳的"正常"彗星,其组成和行为类似于我们太阳系外部区域的彗星。其发现最初表明星际彗星可能与我们自己的彗星没有太大不同。
3I/ATLAS 以其前所未有的负偏振、从不寻常距离产生的异常水产量、高表面活动以及表明在太阳系中不存在的形成条件的多重异常打破了这一假设。
行星系统的多样性
研究团队解释说:"随着每个星际访客都与上一个截然不同,我们了解到行星系统可以产生非常多样化的天体。""3I/ATLAS 的极端负偏振进一步证明,其他恒星系统的条件——温度、组成、辐射环境和时间尺度——可能与我们在自己的太阳邻域中看到的根本不同。"
随着我们继续发现和研究更多星际访客,每一个都将为银河系中运作的行星形成过程提供独特的线索。
科学出版物和数据可用性
完整的研究结果可在《天体物理学杂志通讯》发表的同行评审论文"新星际彗星 3I/ATLAS 的极端负偏振"中获得(arXiv:2509.05181)。该论文呈现了完整的偏振相位曲线、尘埃颗粒特性的详细分析,以及与所有已知太阳系和星际天体的比较。
这些观测和分析代表了多个机构和设施的天文学家的协调努力,展示了完全表征这些罕见星际访客在短暂穿越太阳系期间所需的国际合作。