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早在11世纪,波斯诗人和天文学家莪默·伽亚谟(Omar Khayyam)就在他的《鲁拜集》中提到了“虚假的黎明”。这一现象其实是由于太空中的尘埃反射阳光而产生的,加之它总出现在天空中的黄道星座中,因此得名“黄道光”。
尘埃源自何处?
黄道上的尘埃形成了一片庞大而弥散的尘埃云,从太阳向四周一直延伸到火星轨道,最密集的地方位于地球和其他内行星的轨道平面内。不过,正如红外天文卫星在1980年代所发现的,它们还会向轨道平面的两侧发散出去数千万千米。
这些尘埃并不仅仅是太阳系诞生时所残存下来的物质。如果没有被称为波因廷-罗伯森效应的奇特作用,尘埃颗粒会像一颗颗微小的行星永远绕太阳公转下去。实际上,当尘埃颗粒在太阳系中运动的时候,会沐浴在阳光之下。这些迎面打来的光子会慢慢地掠夺尘埃的角动量,使得它渐渐地落向太阳。
于是,黄道云必须要不断地得到补充。小行星是首要疑犯,这些岩质的天体占据了火星和木星之间的广袤区域。1984年,美国佛罗里达大学的斯坦利·德莫特(Stanley Dermott)提出,小行星之间的碰撞可以提供黄道云中的绝大部分尘埃。
在那之后,美国西南研究所的戴维·内斯沃尔尼(David Nesvorn·)发现,三个小行星群中的偶然碰撞只能解释三个稠密的尘埃带,而不是全部。即便如此,多数人还是认为小行星是尘埃最重要的来源之一。
然而,地外文明探索研究所的彼得·詹尼斯肯斯(Peter Jenniskens)怀疑并非如此。2003年,他正在研究的流星雨。流星雨是地球穿过太空中的物质时所产生的,这些物质的大小从几毫米至几厘米再到可以形成陨石不等。目前已经知道,其中的一些物质是由于彗星被太阳加热而挥发出遗留在轨道上的。但大多数没有明确的来源。
随后,詹尼斯肯斯的发现改变了这一切。他发现一个被称为2003 EH1的暗弱小天体具有和象限仪流星群物质相似的轨道,正是每年1月初地球穿过这些物质才引发了流星雨。而2003 EH1是一颗休眠的彗星,其冰冷的内部早已不再受到太阳热量的干扰――这或者是因为它的挥发性物质已经枯竭,或者是因为表面的尘埃层阻挡了阳光的侵蚀。至于2003 EH1是如何产生象限仪流星群还不十分清楚,但詹尼斯肯斯认为,也许它是一个更大的天体的一部分,后者的突然解体产生了大量的碎片和残骸。
从那以后,詹尼斯肯斯又发现了其他几颗“僵尸”彗星,它们会往返于木星和地球之间,和流星群具有相似的轨道。这些“木星族”天体是否也是黄道尘的源头呢?有了红外天文卫星的观测作为参照,詹尼斯肯斯、内斯沃尔尼以及其他4名天文学家试图寻找出事情的真相。于是他们提出了一个模型,它可以跟踪每一个尘埃颗粒在波因廷-罗伯森效应和行星引力作用下的运动。
有待继续研究
他们发现,小行星尘埃无论如何都无法作为黄道尘的来源。小行星尘埃会逗留在靠近太阳系平面的地方,因为它们正是在那里形成的,但由此所构成的尘埃云比实际的要薄得多。包括每隔数百到数百万年造访一次内太阳系的长周期彗星也不能作为黄道尘的来源。因为,它们会从任意的一个方向进入内太阳系,其所留下的尘埃应该会呈一个近似的球形,这较实际的黄道云要厚得多。
然而,来自木星族彗星的尘埃却恰到好处。这些尘埃通常开始时就位于靠近太阳系轨道平面的地方,但随着时间的推移,木星的引力会把它们搅动起来。数十万年之后,大多数的尘埃就会集中到大倾角的轨道里。这个模型可以漂亮地解释黄道云所具有的发散形状,其中至少90%的尘埃来自木星族彗星,其余的来自小行星和长周期彗星。
这个结果也激起了天文学家新的兴趣。大约在40亿年前,太阳系外围的“动荡”引发了彗星对内行星的猛烈撞击,这一事件被称为晚期大规模轰击。有了如此大量的彗星物质,黄道云会比现在稠密得多,这就意味着有许多的有机物会随着尘埃一起落到地球上。
当时的黄道云也会更加明亮,亮度大约是现在的10000倍。这和天文学家们所观测到的具有明亮尘埃盘的行星系统具有相似之处。目前假设,这些盘都是处于极早期阶段的行星系统,但也许其中有一些是由于类似晚期大规模轰击事件的彗星尘埃所造成的。如果是这样的话,这些行星系统会比我们想象的更加成熟。
尽管在与海洋和土壤混合之后难以辨别,但黄道尘一直在落向地球。不过在南极,识别冰雪中的黄道尘会容易得多。詹尼斯肯斯和内斯沃尔尼的研究也解释了为什么在南极洲收集到的微陨石都具有奇特的化学组成,因为它们主要都来自起源于木星附近的彗星。
黄道光的奥秘还远没有被完全解决。即使休眠彗星的爆发产生了尘埃,进而导致了黄道光,但我们仍然不知道是什么导致了彗星的爆发。那么,彗星是不是因为快速地自转而被撕裂的吗?或者是因为冰被加热而爆裂的?通过寻找更多的“僵尸”彗星,詹尼斯肯斯希望能搞清楚其中的原因。之后,或许我们最终可以写完“虚假黎明”的故事了。
资料来源 New Scientist
责任编辑 则 鸣