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2I/鲍里索夫彗星

2I/鲍里索夫，最初命名为C/2019 Q4 (Borisov)[8]，是第一颗被观测到的流浪彗星（英语：Interstellar object），也是继斥候星之后第二颗被观测的星际天体[9][10]。它是由克里米亚业馀天文学家和望远镜制造商根纳季·鲍里索夫于2019年8月29日UTC（8月30日当地时间）发现的[11][12]。

鲍里索夫彗星（2I/Borisov）
2019年10月的鲍里索夫彗星[a]
发现
发现者根纳季·鲍里索夫
发现日2019年8月30日
最早的回溯发现:
2018年12月13日
轨道特性考
历元2020年1月5日[3]
观测弧长389日
观测次数1191
近日点2.00662±0.00002 AU
半长轴−0.85132±0.00007 AU[b]
离心率3.3570±0.0002 (JPL)
3.357 (MPC)[4]
轨道倾角44.0535°±0.0001°
平近点角14.370°±0.006°
与地球轨道相交
最小距离		1.09302 AU
与木星轨道相交
最小距离		2.388 AU
彗核尺寸≤ 0.5 km[6]（对应于0.04的反照率）
≤ 0.4 km[7]
历次近日点
日期		2019年12月8日[3][4][5]
下次近日点
日期		星际物体

2I/鲍里索夫彗星的日心轨道离心率为3.36，是颗不受太阳束缚的彗星[13]。这颗彗星于2019年10月底穿过太阳系的黄道，并于2019年12月8日以约2 AU的距离接近太阳[3][14]。这颗彗星于2019年12月28日最接近地球[15]。2019年11月，耶鲁大学的天文学家说，这颗彗星的尾巴长度是地球直径的14倍，并表示：“意识到地球在另一个太阳系的访客旁边是多么小，真是令人羞愧[16]。”。2020年3月中旬，观测到这颗彗星碎裂[17]，后来在4月，报告了更多碎裂的证据[18][19][20][可疑]。

命名法

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这颗彗星被国际天文学联合会（IAU）正式命名为“2I/Borisov”，带有“2I”或“2I/2019 Q4”是它的临时名字，“鲍里索夫”是它的正式名字。但有时只被称为“鲍里索夫彗星”，特别是在大众媒体上[c]。作为继1I/ʻOumuamua之后的第二颗观测到的星际闯入者，它被赋予了“2I”名称，其中“I”代表星际[21][8]。鲍里索夫这个名字遵循了以发现者命名彗星的传统。在最终命名2I/Borisov之前，该物体被以其它名称称为：

  • 早期的轨道解决方案表明，这颗彗星可能是一个近地天体，因此被列入IAU的小行星中心（MPC）近地天体确认页面（NEOCP），称为GB00234[22]。
  • 经过十三天的观察，进一步的完善轨道，清楚地表明该物体是一颗双曲线彗星。小行星中心于2019年9月11日命名为C / 2019 Q4（Borisov）[23]。其他一些天文学家，包括大卫·法诺基亚（Davide Farnocchia）、比尔·格雷（Bill Gray）和大卫·托伦（英语：David Tholen）得出结论：这颗彗星是星际的[23]。
  • 在2019年9月24日，国际天文学联合会宣布，小天体命名工作组保留了鲍里索夫这个名字，将这颗彗星命名为2I/Borisov，正式宣布这颗彗星确实是星际彗星[21][8]。

特性

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在这次观测中，美国国家航空暨太空总署/欧空局哈伯太空望远镜在这颗彗星于2019年12月最接近太阳后不久，重新访问了这颗彗星。
外部视频链接
  Interstellar comet 2I/Borisov at perihelion (8 December 2019).

与具有小行星外观的斥候星不同，2I/Borisov的核心被彗发包围著，是一团尘埃和气体[24]。

 
彗星2I/鲍里索夫和一个遥远的星系（2MASX J10500165-0152029Comet[25]）。拍摄于2019年11月[26]。

尺寸和形状

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早期，2019年9月12日，夏威夷大学凯伦·米奇（Karen Meech）发布对估计2I/鲍里索夫的核直径范围为1.4 to 16 km[27][28]。阿米尔·西拉杰（Amir Siraj）等人在6天后反驳道该彗星的彗核可能很小，仅有2公里左右[29]。同月26日，米奇与艾伦·菲茨西蒙斯（Alan Fitzsimmons）等人基于鲍里索夫彗星的彗发中某些分子的生成速率，发表出更详细的报告，指出该彗星的彗核大约在0.7到3.3公里之间[30]。与太阳系彗星不同，2I/Borisov在飞越太阳系时明显缩小，在抵达近日点之前至少损失了0.4%的质量[7]。此外，非引力加速度的振幅使彗核大小的上限为0.4公里，与之前哈伯太空望远镜观测的0.5公里的上限一致[6]。这颗彗星与地球的距离超过3亿公里，因而无法使用雷达直接确定它的大小和形状。虽然，这可以使用2I/Borisov对恒星的掩星来完成。但这很困难，因为需要精确确定其轨道，才能预测掩星，并且需要一个小型望远镜网路才能进行观测[31]。

旋转

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一项使用哈伯望远镜观测的研究没有发现光度曲线的变化。根据这项研究，旋转周期必须大于10小时[32]。与加拿大太空总署的近地天体监视卫星（英语：Near Earth Object Surveillance Satellite）（NEOSSat）发现其周期为13.2± 0.2日，这不太可能是彗核的自旋[33]。基于现有轨道测定的蒙特卡罗模拟表明，2I/Borisov的赤道倾角可能约为59度或90度，后者有利于最新的轨道确定[34]。

化学组成和彗核结构

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戴夫·朱维特（Dave Jewitt）和卢珍（Jane Luu）根据其彗发的大小估计，这颗彗星正在产生2kg/s的尘埃，并正在失去60kg/s的水。他们推断，它在2019年6月距离太阳4-5AU时开始活跃[6]。对图像档案的回溯搜索，早在2018年12月13日观测的结果就发现了2I/Borisov，但在2018年11月21日没有发现，这表明它在这两个日期之间开始变得活跃[35]。

2019年9月13日，加那利大型望远镜获得了鲍里索夫彗星的可见（低分辨率）光谱，显示该天体的表面成分与典型的奥尔特云彗星的表面成分差别不大[36]。与此同时，位于西班牙拉帕尔马岛的威廉·赫歇耳望远镜亦从该彗星中测出约388 nm的氰化物，一种包括哈雷彗星在内的其它彗星中也能检测出的物质[37]，而氰化物亦能抑制双原子碳的生成速率[30]。

2I/Borisov的组成在太阳系彗星中似乎并不常见，在水和双原子碳（C2）中相对枯竭，但富含一氧化碳和胺（R-NH2）[38]。2I/Borisov尾部一氧化碳与水的摩尔比为35-105%，类似于不寻常的蓝尾彗星C/2016 R2 (PANSTARRS)（英语：C/2016 R2 (PanSTARRS)），而太阳系彗星的平均比例为4%[39]。

2I/Borisov还产生了少量的中性镍排放，归因于未知的挥发性镍化合物[40]。镍与铁的丰度比与太阳系彗星相似[41]。

轨道

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在圆柱座标中穿过天空的轨迹，标示出2019年8月30日的发现位置，以及回溯发现2018年12月13日的位置。这有助于缩小入港的轨迹。
星际速度入站（ ）[d]
天体 速度
1I/2017 U1 (斥候星) 26.33 km/s
（5.55 AU/年）[42]
2I/2019 Q4 (鲍里索夫) km/s
（6.79AU/年）[43]

从地球上看，这颗彗星从9月到11月中旬一直在北方的天空中。它于10月26日在狮子座的轩辕十四附近穿过黄道面[44]，和2019年11月13日通过天球赤道，进入南半球的天空。在2019年12月8日，彗星到达近日点（最接近太阳）[3]，并且位于小行星带的内侧边缘附近。在12月下旬，它最接近地球[11][14]，距离约1.9AU，并且离日度约80°[5]。由于其44°的轨道倾角，2I/鲍里索夫显著的没有近距离接近任何行星[3]。2I/鲍里索夫从靠近英仙座的仙后座边界方向上进入太阳系。这个方向表明它起源于银河平面，而不是银晕[43][45]。它将从望远镜座的方向离开太阳系[43][45]。在星际空间中，2I/鲍里索夫相对于太阳运行一光年大约需要9500年[e]

2I/鲍里索夫的轨道极其双曲，轨道离心率为3.36[3][4]。这远高于已知的300颗日心离心率略高于1的弱双曲彗星，甚至是离心率为1.2的斥候星[46][f]。2I/鲍里索夫也有一个32 km/s双曲轨道超额速率（英语：hyperbolic excess velocity） （ ），远高于扰动所能解释的。从无限远的距离接近太阳时的扰动，只能产生不到几公里/秒的速度[47]。这两个参数是2I/鲍里索夫起源于星际的重要指标[43][48]。相较之下，即将离开太阳系的“航海家1号”太空船的旅行速度是16.9|km/s（3.56AU/年）[49]。2I/鲍里索夫的离心率比斥候星大得多，因为它有更高的过量速度和更远的近日点距离。在这个更大的距离上，太阳的引力不太可能改变其在穿过太阳系时路径[43]。

2I/鲍里索夫的轨道图
 
鲍里索夫（黄色）穿过黄道面的轨迹；做为比较的是斥候星（红色）
 
鲍里索夫在木星（粉红色）和火星（橙色）之间接近黄道面。
 
鲍里索夫的轨道和2019年10月13日的位置（鸟瞰）

观测

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发现

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2I/鲍里索夫彗星在2019年8月30日于克里米亚瑙奇内（Nauchnyy）的 MARGO（根纳季·鲍里索夫的天文台）被业馀天文学家根纳季·鲍里索夫使用他自己设计和制做的0.65米望远镜发现[50]。这一发现被比拟做有如克莱德·汤博对冥王星的发现[51]。尽管汤博使用洛厄尔天文台的摄星镜发现了冥王星，然而他也是一位业馀天文学家，也制作了自己的望远镜。在发现时，它已经进入距离太阳3 au，距离地球3.7 au，离日度为38°[52]。鲍里索夫这样描述他的发现[53]：

JPL Scout推测的离心率[54]
观测序号 观测弧（小时） 离心率范围
81 225 0.9–1.6
99 272 2.0–4.2
127 289 2.8–4.7
142 298 2.8–4.5
151 302 2.9–4.5

我在8月29日那天观察到它（鲍里索夫彗星），但以格林威治时间为准的话则已经是30日了[g]。我在画面中看到了一个移动的物体，它的移动方向与主带小行星的移动方向稍有不同[h]。测量完它的座标后，我参看了小行星中心的资料库。事实证明，这是一个新物体。然后，我量测了近地天体的指数[i]，它是根据各种参数计算得出的，结果是100%！换句话说，是危险的。在这种情况下，我必须立即将参数发布到全球资讯网，以确认危险小行星。[j]。我把它贴了出来，并写道这个物体是弥漫的，它不是小行星，而是彗星。

2I/鲍里索夫的星际起源需要几星期的时间才能确认。基于初步观测的早期轨道解决方案包括彗星可能是距离太阳1.4AU的近地天体，其轨道周期小于1年[22]。后来在12天内使用了151次观测，NASA喷射推进实验室的侦察员给出的离心率范围为2.9-4.5[55]。但是，由于观测弧只有12天，仍然有人怀疑它是星际的，因为观测处于低太阳离日度，这可能会在数据中引入偏差，例如大气折射。 在高偏心轨道上使用较大的非引力，可以生成离心率约为1的解，地球最小轨道相交距离（MOID）为0.34 AU（51 × 106 km），2019年12月30日左右的近日点位于0.90 AU[56]。然而，根据现有的观测结果，只有当非引力（由于释气引起的推力）比以前的任何彗星对它的轨道影响更大时，轨道才能是抛物线的[57]。最终，随著更多的观测，轨道收敛到双曲解，表明星际起源和非引力无法解释其运动[23]。

哈伯的观测

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哈伯太空望远镜在2I/鲍里索夫彗星最接近太阳前两个月，于2019年10月开始观测这颗彗星。最后一次观测是在2020年7月，即通过近日点七个月后[3]。

对2I/鲍里索夫彗星的观测得益于该彗星在进入太阳系时就被探测到的事实。斥候星是在它离开太阳系时才被发现的，因此在它超出范围之前只能观察80天。由于它最接近于传统的圣诞假期附近，并且能够进行持续的观测，一些天文学家称2I /鲍里索夫彗星为“圣诞彗星”[13][58]。 使用哈伯太空望远镜的观测始于2019年10月12日，当时这颗彗星离太阳足够远，可以被望远镜安全地观测到[59]。哈伯望远镜比地面望远镜受彗发弥散效应的影响较小，这使它能够研究2I /鲍里索夫彗星的彗核旋转光变曲线。这应该有助于估计其大小和形状。

彗星化学

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2I/鲍里索夫的初步观测的可见光谱（低解析度）与典型的欧特云彗星相似[60][61]。它的色指数也类似于太阳系的长周期彗星[6]。在388 nm处的辐射表明存在氰化物（化学式CN），这通常是在太阳系彗星中首次检测到的，包括哈雷彗星 [30]。这是首次探测到星际天体的气体排放[37]。2019年10月也有双原子碳未检出的报告，C2与CN的比率小于0.095[62]或0.3[63]。双原子碳在2019年11月被检测到，测得的C2与CN的比率为0.2±0.1[64]。 这类似于一组碳链耗尽的彗星，它们要么是木星族彗星[62] 或是罕见的蓝色一氧化碳彗星，例如C/2016 R2[65]。 截至2019年11月底，C2产量大幅增加，C2与CN的比率达到0.61，同时出现光亮胺（NH2）条带[66]。还检测到了氧原子，从这个观测者估计水的释气速度与太阳系彗星相似[67][68]。最初，在2019年9月，既没有直接检测到水也没有直接检测到OH线[69]。首次明确检测OH线是2019年11月1日，OH产量在2019年12月初达到顶峰[70]。

疑似彗核碎裂

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这颗彗星确实出现在距离太阳大约2AU的范围内，而在这个距离上许多小彗星都被发现解体。彗星解体的概率很大程度上取决于其核心的大小；古兹克等人估计，这种情况发生在2I/鲍里索夫上的概率为10%[15]。 朱维特（Jewitt）和卢（Luu）将2I /鲍里索夫与另一颗大小相近，在2019年5月在距离太阳1.9AU处解体，属于太阳系的彗星C/2019 J2 (帕洛玛)进行了比较[71][6]。如果彗核解体，就像有时在小彗星上看到的那样，哈伯望远镜可以用来研究解体过程的演变[72][6]。

2020年2月至3月的严重爆发导致3月12日彗星疑似“核心持续的碎裂”[17]。事实上，哈伯太空望远镜在2020年3月30日拍摄的影像显示，表明彗星2I/鲍里索夫已经向太阳喷射了一大块非核心的碎片[18][19][73]。据估计，抛射在3月7日左右开始[74] and may have occurred during one of the outbursts that occurred near that time.[75]，抛出的碎片似乎在2020年4月6日消失了[76]。

一项后续研究，报导于2020年4月6日仅观测到一个物体，并注意到碎片的成分已经消失[76][20]。后来对该事件的分析表明，喷射的尘埃和碎片的总质量约为彗核总质量的0.1%，使该事件成为大型爆发而不是碎裂[77]。

探勘

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起源

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以鲍里索夫彗星相对于太阳约32 km/s的高速，可说明它起源于银河系的星系盘，而不是银河系的银晕。另一种理论上可行的说法是鲍里索夫彗星曾在一百万年前以3.4 km/s的低速，在1.7秒差距之内经过克鲁格60[78]。

探勘

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2I/鲍里索夫的高双曲线超速为32 km/s，使得太空船很难用现有技术到达彗星：根据一个星际研究计划团队的说法，理论上可以在2018年7月使用猎鹰重型运载火箭发射器，发送202公斤（445磅）的太空船拦截2I /鲍里索夫，或以在太空发射系统（SLS）765公斤（1687磅）级的助推器拦截，但前提是该物体被发现的时间得比最佳发射日期早得多。在实际发现日期之后发射，将消除使用猎鹰重型火箭的可能性，需要奥伯斯操纵在木星附近和太阳附近以及更大的运载火箭。即使是SLS级发射器也只能将3千克（6.6磅）的有效载荷（例如立方卫星）运送到2I /鲍里索夫的轨迹中，在2045年以34 km/s的相对速度拦截[79]。根据国会的证词，美国国家航空暨太空总署需要至少五年的准备，才能发射这样的拦截任务 [80]。

相关条目

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注解

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  1. ^ 使用哈伯太空望远镜第三代广域照相机的UVIS F350LP频道，于2019年10月12日12 October 2019拍摄的鲍里索夫彗星与尘埃轨迹的照片[1][2]。在拍摄这张照片时，鲍里索夫彗星距离地球 418,000,000千米（260,000,000英里），相当于谷神星与太阳的平均距离，并且以177,000千米每小时（110,000英里每小时）的速度运行[2]。
  2. ^ 离心率大于1的物体其半长轴为负，轨道能量为正：离心率在1以上越大，近日点距离越小，半长轴值就越接近0。
  3. ^ 这是根纳迪·鲍里索夫发现的第八颗彗星，因此这里不会正式使用模棱两可的名称：“鲍里索夫彗星”。
  4. ^ 对于受到太阳引力束缚的天体，当距离太阳无限远时，速度应该小于每秒几公里。哈雷彗星在离太阳最远的地方移动时，相对于太阳的移动速度约为≈ 1 km/s。
  5. ^ 299792.458 km/s / 32.2 km/s = 9310 比光慢了许多倍。
  6. ^ 一颗具有抛物线轨道（离心率为1）的彗星将沿著其进入的方向离开太阳系，其路径将改变180°。2I/鲍里索夫的离心率更高，轨道更开阔，在穿过太阳系时，其路径只会改变34°。
  7. ^ 这显然是一个错误：克里米亚比格林威治时间 “超前”3 小时，鲍里索夫是在克里米亚的8月30日第一次观测到这颗彗星。
  8. ^ 在已知的绕太阳运行的850,000个物体中，756,000（89%）是主带小行星。
  9. ^ 近小行星指数地用于计算新物体是近地候选物体的概率。
  10. ^ 近地天体确认页面用于确认近地物体和潜在威胁天体。

参考资料

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