世界上最轻的彗星（有史以来最大的彗星之一正向我们飞来）

插图中的是彗星Bernardinell-Bernstein。据估计，它比典型的彗星要大1000倍左右。插图：NOIRLAB, NSF, AURA, J. DA SILVA (SPACEENGINE)

科学家在众多星空图像中发现了一颗光点，并最终证实它是一颗正向我们飞来的彗星。这颗名叫Bernardinelli-Bernstein的彗星，将为一代天文学家提供研究来自太阳系极远边缘天体的难得机遇。

撰文：MICHAEL GRESHKO

距离太阳43亿千米之外（约为日地距离的29倍），一小束银光闪过，似乎有什么东西正朝着我们的太阳飞来，它冰冷而巨大，古老得难以置信。大约4小时后，也就是2014年10月20日的黎明前，智利阿塔卡玛沙漠里的一架望远镜将目光转向苍穹，拍下了南半球的壮美夜空，捕捉到了这一束反射光。

然而，研究人员花了将近7年时间才确认这一个奇怪的光点竟然是一颗巨大的原始彗星，它甚至比现代望远镜观测到任何彗星都大。今年6月，研究人员宣布了这一发现，将这颗彗星命名为Bernardinelli-Bernstein。最近，科学家将迄今对它的所有研究成果都发表在了《天体物理杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上。

“我的手机一直响个不停。我压根没想到学界对这一发现反响这么大。”美国华盛顿大学的博士后研究员Pedro Bernardinelli说道。他是在宾夕法尼亚大学做博士研究的最后几个星期里，与当时的导师Gary Bernstein共同发现这颗彗星的（彗星以他们两位的姓氏命名）。“总而言之，还是相当震惊。”

最新的估测认为这颗彗星的彗核宽约150千米。截至目前，这是几十年来对彗星尺寸的最大估测。与之相比，欧洲航空局的罗塞塔号航天器2014年至2016年绕行的彗星67P/Churyumov–Gerasimenko，直径仅有4千米左右。

新西兰坎特伯雷大学的天文学家Michele Bannister（并未参与撰写该论文）称：“我们这是从城市大小的彗星，迈向了岛屿大小的彗星。”彗星Bernardinelli-Bernstein的大小甚至可以与一些历史上的“著名彗星”相提并论，其中包括1729年飞入内太阳系的一颗非常明亮（大概非常巨大）的彗星。

未来10年，随着彗星Bernardinelli-Bernstein靠近内太阳系，从下方冲入行星公转轨道平面，它的亮度会越来越强。2031年1月21日，它预计将距离太阳约16亿千米，比土星的平均距离稍远，此时它与太阳的距离最近。之后，它将再次踏上飞往外太阳系的漫长旅途，并起码在本世纪40年代甚至更久的时间里都保持可见。

彗星Bernardinelli-Bernstein的亮度取决于它的冰层在太阳照耀下蒸发时能释放出多少气体，它最亮时可与夜空中土星最大的卫星土卫六一样。若果真如此，到2031年，使用合适的小型天文望远镜就能看到它。

不过，彗星Bernardinelli-Bernstein引人注意的点还在于最初发现它时它与太阳的距离。这颗冰冻天体来自奥尔特云，那是一个巨大的球形薄雾状天体，绕行太阳的距离是日地距离的几千倍。

根据天文学家的计算，这颗彗星绕太阳公转一周的周期长达几百万年。迄今为止，科学家只发现过3颗来自奥尔特云的这类“长周期”彗星，而彗星Bernardinelli-Bernstein被发现时，还远在43亿千米之外，这一距离创了彗星发现的记录。由于发现它的时间很早，一代天文学家们将有机会用足够的时间解开它的谜团。

黑暗中的一点亮光

彗星Bernardinell-Bernstein之所以引起人类的注意，多亏了口径约4米的布兰柯望远镜（Blanco Telescope）上安装的精密数码相机。该望远镜是智利阿塔卡玛沙漠中托洛洛山美洲际天文台（Cerro Tololo Inter-American Observatory）的一部分。

这台相机其实并非专门用于寻找遥远的太阳系天体；相反，它是“暗能量巡天（Dark Energy Survey）”项目的关键数据来源，而该项目收集了2013年至2019年间南半球夜空的80000次宽幅图像数据。这一数据库已经转变了科学家对理解暗物质所进行的探索（暗能量是驱使宇宙加速膨胀的神秘力量）。不过，用于研究暗物质和其他宇宙现象的图像，也可以用于发现距离我们较近的天体。

在从事博士研究期间，Bernardinelli的目标是利用“暗能量巡天”项目的图像发现之前未被发现的、绕行太阳轨道在海王星之外的天体。他当时面临着重重困难。每一张图像都非常大，显示一张全分辨率的图像就需要一块由275台高清电视组成的大屏幕。Bernardinelli在几万张这类图像中寻找着宽约几个像素的光点。

为完成这项搜寻任务，Bernardinelli撰写了计算机代码，从“暗能量巡天”项目的图像中寻找在遥远恒星背景中移动的光点。在美国费米国家加速器实验室的约200台计算机集群历经6个月艰苦的计算后，他们终于将巨大的数据库缩减到817颗天体，这些天体的轨道与太阳系任何已知天体的轨道都不相符。最后一步，Bernardinelli和Bernstein一一手工核对，以防代码出错。

这时候他们注意到：一颗天体的亮度与海王星之外直径160千米的天体相当，但其轨道很极端，意味着它来源于距离太阳几万亿千米之外，很像一颗长周期的彗星。Bernstein称，发现这颗彗星就像是“大海捞针，但是，我们成功发现了它，就像是在桂冠上镶嵌了一颗明珠！”

把望远镜对准彗星Bernardinelli-Bernstein

Bernardinelli和Bernstein将这颗彗星的证据提交给了马萨诸塞州剑桥市的小行星中心（Minor Planet Center），该中心是负责发布彗星、小行星以及太阳系其他小天体的正式组织。6月19日，该中心确认这一天体是新发现。5天后，该天体被确认为彗星，并为纪念这两位发现者而命名为Bernardinell-Bernstein。

发现新彗星的消息不胫而走。几天之内，全世界的天文学家都开始将望远镜对准了这颗飞来的天体，并在自己的档案里搜寻任何可能包含这颗彗星但之前未注意到的图像。研究人员很快就发现这颗彗星曾隐藏在2010年的档案数据里，这进一步提高了它已知轨道的准确度。

在宣布24小时内，多个天文学家团队都确认尽管这颗彗星距离太阳还有30多亿千米，它已经释放出足够的尘埃和气体，形成了可见的彗发或彗尾。

只有在接近太阳的热之后，彗星才会释放出许多物质，其上冰冻的化合物才会直接升华成气体。然而，彗星Bernardinell-Bernstein似乎富含产生气体的“挥发物”，即便在海王星之外的严寒太空中也可以升华。观测表明，这颗天体过去不可能在内太阳系度过太多时间，因此它仍然保留着令人着迷的原始状态。

关于这颗彗星的彗尾的更多线索来自美国宇航局凌日系外行星巡天卫星（TESS）在2018年和2020年所拍摄的图像。奇怪的是，这颗彗星在TESS的数据里比暗能量巡天项目的图像里要亮得多。该团队意识到TESS的像素比暗能量巡天项目的像素所覆盖的天域大得多，意味着这颗彗星一定在释放着一个巨大而极度扩散的彗尾。

Bernardinelli和Bernstein又回头研究暗能量巡天项目的数据，将这颗彗星的许多土星堆栈在一起，试图确定其彗尾。最终，他们发现他们的数据中暗藏着一个极度微弱的信号，并发现这颗彗星在距离太阳约38.6亿千米的时候就开始释放气体，几乎比天王星的平均距离远40%。

通过追踪彗发随时间的变化情况，以及当彗星靠近太阳时的亮度变化情况，Bernardinelli的团队开始为彗星的化学成分建模。他们发现，鉴于在这个极远距离上太阳光极为微弱，这颗彗星所释放的要么是二氧化碳，要么是氮气。

该论文的合著者、澳大利亚新南威尔士大学的行星科学家、专门研究TESS数据的Ben Montet说：“这事儿有多酷？我们可以跨越半个太阳系去观察它，而且我们可以对它的成分做出如此有力的推断。用相对较少的照片就能做到这一点，真是令人惊讶。”

光明的前途

科学家们已经在头脑风暴如果安排航天器探访彗星Bernardinell-Bernstein需要付出什么代价。眼下，还没有官方的探测任务，但是如果全世界的航天机构行动迅速，且在2029年之前发射升空，航天器可以在2033年赶上这颗彗星。

研究人员还在努力破解这颗彗星过去在太阳系的轨迹，来确定它已经被太阳改变了多少。Bernardinelli和Bernstein的团队计算出，在2031年，这颗彗星将是至少300万年以来它离太阳最近的一次。

然而，想继续挖掘其过往却极度困难。奥尔特云的彗星非常远，它们的轨道可能会被经过的恒星轻推，意味着为它们的轨道建模需要理清银河系中众多恒星的运动情况。新的数据表明，某颗特定恒星就能够毁掉追踪恒星轨迹的所有努力。

几年前，研究人员就已经知道大约280万年前，一颗与太阳一样的恒星HD7977曾从太阳系掠过，但没人知道它所飞掠的确切位置。在一篇投稿于《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）的新研究论文中，波兰密茨凯维奇大学的研究人员Piotr Dybczyński和Sławomir Breiter发现，我们甚至不知道HD7977是从太阳系的哪一边飞掠而过的。

这一不确定性意味着，这颗恒星对奥尔特云彗星的引力拖曳作用也被科学家知之甚少，这可能会对估测彗星Bernardinell-Bernstein最近一次向内运行以及它与太阳的距离产生重大影响。

随着彗星越来越近，更多观测可能会改变对它大小的预测。目前直径150千米的估测是基于其当前的亮度，以及它释放的尘埃和气体模型而做出的。不过，利用这一模型来计算彗星的大小却是个难事。如果关于一颗彗星散发气体的诸多模型都不完整，那么，彗核就会看起来比其真实情况大一些。

美国科罗拉多州西南研究院的彗星动力学者Luke Dones说：“他们的工作很了不起，但是，我认为这颗天体最终很可能比他们所说的要小很多。”

好消息是，彗星Bernardinell-Bernstein给了全世界的天文学家一个难得的奢侈品：时间。智利的维拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）预计2023年上线，将能够接下来10年或者更长的时间内追踪这颗彗星。未来，最先进的望远镜将会改变我们观察太阳系的视角，并很可能发现更多像彗星Bernardinell-Bernstein一样的彗星。

与此同时，当这颗新发现的彗星一路飞向我们时，科学家和全世界的人们将能够将望远镜指向夜空，观看这位不寻常的访客：一颗拖着巨大而模糊的彗尾的大冰球。Ben Montet说：“它看上去应该很壮观。”

（译者：Mike gao）