主带彗星

介绍

主带彗星（MBCs）是太阳系中新发现的一类天体。它们明显具有小行星的轨道特征和彗星的物理特征。这意味着他们从外观上看像彗星，因为它们具有彗发和彗尾，但它们的轨道却在木星的内部，并且Tisserand参数大部分像小行星一样大于3。【注：主带彗星的定义是以观测为依据的，建立在简明可测数据基础上，没有任何彗星性质的假设，比如活动性的原因并不都像一般彗星那样是由于冰挥发造成的。事实上，正如此处所描述的，除了挥发之外还有许多的可能性造成小行星的质量丢失。此类天体的另一个名称是“活动的小行星”。】

此外，3200 Phaethon, 2201 Oljato 和 107P/Wilson-Harrington在动力学上是小行星（Tisserand>3），它们也被报告发生了质量丢失，但它们并不在主带内。发生质量丢失的小行星的分布如下图所示，图中包括了主带彗星与小行星（黄点）和经典彗星之间的关系（蓝点）。

上图出自Jewitt 2012, Astron. J.。

历史

最早发现的主带彗星是被当作小行星发现的1979 OW7，之后再次被当作新发现的小行星被命名为1996 N2，随后在1996年Eric Elst和Guido Pizarro发现它其实是一颗彗星。现在它被赋予了一个以彗星方法命名的名字133P/Elst-Pizarro。多年以来，这颗天体的本质一直被误解。最初，人们相信133P/Elst-Pizarro的彗星特征是由两颗小行星几乎不可能发生的相撞引起的。但133P/Elst-Pizarro在三次经过近日点时都表现出了活动性，这充分否定了小行星碰撞模型（因为发生一次撞击的可能性已经是很罕见的了，所以在同一天体上发生三次撞击的可能性更是微乎其微）。我们认为133P/Elst-Pizarro有一个内在的活动源。随着其它在动力学上属于小行星的天体发生质量丢失的例子被发现，此类天体在2006年被认为是一类新的天体（Hsieh and Jewitt 2006, Science, 312, 561-563）。

活动性的起源

我们有足够的证据证明Scheila的活动性是由撞击引起的，P/2010 A2的活动性也可能是由撞击引起的。133P和238P的活动性可能是由冰挥发引起的，之所以这样考虑是因为这两个天体的活动性被发现具有重复性，其它的机制不能自然的引起重复性的活动。在其它主带彗星里，出现活动性的原因仍不确定，根本原因是我们还没有积累足够的数据来判断出主带彗星的活动性是由下面几个可能原因中的哪种造成的:

挥发

133P/Elst-Pizarro的活动性是再现的，这在前三次通过近日点时已被观测到。这是与撞击起源不一致的地方，但正如我们所期望的这正好可以用热过程如挥发来解释。这正如我们在经典彗星中所看到的，如，驱动力是水冰的挥发。我相信撞击或许可以为一些天体的初始活动性提供激发需要，但碰撞不能合理解释像133P/Elst-Pizarro这类天体的活动性的重复出现。我为碰撞激发机制绘制了一张草图。

1。碰撞

碰撞是人们在考虑主带彗星时认为是最不可能的一种解释，根本原因是因为“空间是很大的”，实际上可观测到的碰撞事件很少。最好的例子是P/2010 A2，在它被发现之前的一年时间里，它出现的奇怪的形态（不像其它彗星）与在2009年冲击所形成的形态一致。我认为这种事件每年都会发生一次或更频繁一点。

2。静电学

在月球上，尘埃被由不均匀的太阳照射引起的静电电荷梯度所悬浮（日照区域丢失光电子并飞离到阴影区域）。由于公里大小的主带彗星表面引力很低，尘埃可以被天体的静电抛射。很难想象为什么静电抛射不可以应用在其它所有小的小行星上。反之，我们的观测表明主带彗星现象很少见的。但无论如何，我们不能排除这个过程。主带彗星596 Scheila太大（直径110 km），以致于静电不足以抛射尘埃。

3。旋转爆发

一个迅速旋转的小行星能够在离心力的作用下丢失质量。133P确实是一颗迅速旋转的天体（周期大约是4小时），但有许多旋转较快的天体不丢失质量和一些旋转较慢的主带彗星丢失质量（如176P有一个接近20小时的自转周期）。更进一步的困难是为什么133P的旋转抛射尘埃仅发生在近日点附近：如果它是不稳定的，那么它应该一直是不稳定的。

主带彗星133P/Elst-Pizarro的图像，改图拍自位于Mauna kea山上的夏威夷大学的2.2米望远镜，拍摄时间是UT时间2002年9月7日。尘埃粒子的长尾从图像中的左上方一直到右下方。图中的“香肠串”天体是由于拍摄时望远镜采用跟踪133P运动的非恒星运动速度造成的场星和星系的拖尾，被剁碎的原因是由于图像是分许多小片段记录的。点击图像查看大图。来自Hsieh et al（2004）。

4。热效应

热效应是能够在被高度加热的小行星表面生成和发射尘埃颗粒的。当膨胀力大于材料的抗张强度时就会发生热断裂。含水矿物（粘土，蛇纹岩等）在受热时会发生水分丢失，进而引起龟裂和干燥，就像湖底被太阳晒干后形成的有裂缝的泥土一样。这个效应或许可以用于解释3200 Phaethon在近日点附近发生的质量丢失（q=0.4 AU，表面温度最高可达1000 K）。脱水过程也可以在撞击冲击压力情况下发生。

5。辐射压清扫

辐射压力大于引力时，小行星表面的未粘附粒子就会被清扫。接近太阳时，辐射压力能够非常容易的从公里大小的天体表面抛射尘埃并且这个过程可以与其它过程一起合作从小行星表面泄漏物质。

一篇描述这个机制的论文见这里。

重要性

主带彗星的重要性是至少一部分彗星表现出在太阳系中还有不同于之前的，第三个彗星的储藏地（前两个是奥特云和柯伊伯带）。在现代太阳系中的主带与其它两个彗星储藏地之间没有确定的动力学路径，因此主带彗星中的任何冰有可能与其它彗星中的冰有着不同的历史起源。比较这三个彗星储藏地的天体我们可获取太阳原始行星盘上三个不同位置的样品（主带彗星：在3AU附近，形成温度在150 K附近；奥特云：在5到30 AU之间，形成温度为100到50 K；柯依伯带：大于30 AU，温度是50 K或更低）。

主带彗星或许有助于理解类地行星上的挥发物和地球上海洋的起源。如果地球形成时期比较热，这与它的大小和引力势一致，那么水和其它挥发物就可能是在表面冷却之后添加的。主带彗星之家—--外小行星带就是这些添加的挥发物的首要候选来源区域。

许多炭质陨石（如炭质球粒状陨石）包含像蛇纹岩、碳酸盐和甚至盐粒的含水矿物被发现。这些陨石的母体一定包含液态水。除了由于温度永远没有达到冰的融化温度而导致冰一直存活下来这个特殊情况之外，主带彗星一定与这些含水的天体紧密相关。或许主带彗星本身就是母体小行星的一些含冰的壳层碎片，而母体小行星内部已被内含的短期核辐射所彻底加热。

感谢：主带彗星网页由史建春翻译

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