太陽系邊緣小天體現神秘稀薄大氣層，成因成謎

IT之家 5 月 6 日消息，在太陽系遙遠冰冷的外圍區域，有一顆體積極小的天體竟神秘地生成了大氣層，科學家對其形成的方式與原因百思不得其解。

一種推測是，該大氣層由冰火山活動形成，本質上就是冰封火山噴發。另一種觀點認為，大氣層的形成可能與天體撞擊有關；但若是撞擊所致，這次撞擊必然發生在相對較近的時期，因為如此稀薄的大氣層會不斷向太空散逸，千年之內便會徹底消失。

據IT之家了解，這顆擁有大氣層的天體編號為 (612533) 2002 XV93，屬于海王星外天體。這類天體位于最外側行星海王星軌道之外的柯伊伯帶中。更具體地說，其屬于冥族小天體，和冥王星一樣，與海王星形成 2:3 軌道共振：海王星每繞太陽公轉三圈，該天體就繞太陽公轉兩圈。

此外，(612533) 2002 XV93 的體型遠小于冥王星：其直徑約 500 公里，而冥王星直徑達 2377 公里。

冥王星質量足夠大，運行至近日點（橢圓軌道上距離太陽最近的位置）時，能夠維系一層稀薄的外逸層大氣。冥王星表面還留存著分子氮、甲烷、一氧化碳等冰體，這些物質可以升華成氣體。冥王星公轉周期長達 248 年，當它逐漸遠離太陽時，這些氣態物質又會重新凝結凍結在星球表面。

然而，人類從未在柯伊伯帶及更遠區域發現過其他擁有外逸層的天體，僅在冥王星的同等級矮行星鳥神星上檢測到過甲烷釋氣現象。2024 年 1 月 10 日，(612533) 2002 XV93 發生掩星現象（從恒星前方掠過），參與此次觀測的日本專業及業余天文學家，原本也沒預料到會發現它存在大氣層。

倘若 (612533) 2002 XV93 完全沒有大氣，從地球視角看，它掠過恒星前方時，恒星光芒會瞬間消失。但實際觀測情況并非如此。

從地球上，這類恒星掩星現象僅能在地球表面極狹窄的帶狀區域內觀測到。通過在該帶狀區域邊緣布設觀測點，天文學家便能測算出掩星天體的大小與形狀。

為此，日本國立天文臺石垣島天文臺的有松航領導一支由專業和業余天文學家組成的團隊，于 2024 年 1 月 10 日，在日本四個不同觀測點，對 (612533) 2002 XV93 遮掩一顆 15 等恒星的過程展開觀測。（恒星的星等代表其亮度，例如月球星等約為 - 12 等，因此 15 等恒星十分昏暗。）

觀測團隊使用的設備包括：東京大學木曾天文臺口徑 1.05 米的專業望遠鏡，以及搭載互補金屬氧化物半導體相機的業余級 200 毫米、250 毫米望遠鏡。這類相機靈敏度極高，能夠捕捉到恒星光芒在被天體邊緣遮擋前逐漸變暗的過程。只有天體存在大氣層時，星光才會被大氣衰減、折射，出現這種漸變遮光現象。

這層外逸層極為稀薄，表面氣壓僅為 100 至 200 納巴，相當于地球大氣壓強的五百萬到一千萬分之一。作為對比，冥王星稀薄大氣層的平均表面氣壓約為 10 毫巴。

目前，(612533) 2002 XV93 的大氣成分尚無定論。按冥王星的規律推測，它本該擁有以氮氣為主、夾雜微量甲烷和一氧化碳的大氣，但詹姆斯?韋伯空間望遠鏡此前觀測并未在其表面發現可升華成大氣的這類冰體。同時，該天體表面溫度僅比絕對零度高出 40 至 50 攝氏度，低溫環境下，水冰和干冰也根本無法升華成氣態。

既然上述可升華冰體都不存在，這層大氣究竟從何而來？有松航團隊提出了兩種解釋，但均存在難以自洽的疑點。

第一種假說：一顆彗星天體撞擊了 (612533) 2002 XV93，大氣氣體來自撞擊天體本身。但該天體引力微弱，大氣會持續向太空逃逸，僅能維持千年左右。若該假說成立，就意味著人類極其幸運，恰好在這場罕見撞擊發生的同期觀測到了這顆天體。

究竟是驚天巧合，還是純粹的運氣？

另一種假說：可升華的冰體埋藏在天體地表之下，經由某種冰火山活動被釋放至地表。但目前科學界尚不清楚，究竟是什么能量在驅動這類地質活動。

無論成因如何，(612533) 2002 XV93 外逸層的發現，顛覆了人類以往對“哪些天體能夠維系大氣層”的認知。

研究團隊在論文中表示：“這一發現表明，‘只有大型行星才能形成全球性濃密大氣’的傳統觀點，必須重新修正。”

下一步研究重點是探明該天體的大氣成分，而這項任務最適合由詹姆斯?韋伯空間望遠鏡完成。長期監測大氣密度變化也能提供關鍵線索：若未來數年大氣密度持續下降，說明大氣源自天體撞擊，氣體正不斷向太空散逸；若密度保持穩定，則意味著大氣有持續的內部釋氣補給。

該研究成果已于 5 月 4 日發表在《自然?天文學》期刊上。

參考資料：

• https://www.nature.com/articles/s41550-026-02846-1