藝術家的帕克太陽探測器接近太陽的概念。該探測器於2018年發射，正在提高我們預測影響地球生命的重大空間天氣事件的能力。鳴謝:美國宇航局/約翰·霍普金斯大學APL/史蒂夫·格裏本
（神秘的地球uux.cn）據普林斯頓大學（阿萊娜·奧裏甘）：雙子座流星雨每年冬天掠過地球時都會照亮天空，在我們的夜空中產生最強烈的流星雨之一。
科學家們長期以來一直對這種流星雨的起源感到好奇，因為盡管大多數流星雨是在彗星發出冰和塵埃尾巴時產生的，但雙子座流星雨來自一顆小行星——一大塊通常不會產生尾巴的岩石。直到最近，人們隻在地球上研究雙子座。
現在，普林斯頓大學的研究人員利用美國宇航局帕克太陽探測器任務的觀察結果推斷，這可能是一次劇烈的災難性事件——如與另一個物體的高速碰撞或氣體爆炸——產生了雙子星。這些發現發表在《行星科學雜誌》上，縮小了關於這顆小行星的組成和曆史的假設，這些假設可以解釋它的非傳統行為。
“小行星就像我們太陽係形成過程中的小時間膠囊，”普林斯頓大學空間物理實驗室的研究學者、論文的合著者Jamey Szalay說。“它們是在我們的太陽係形成時形成的，了解它們的組成給了我們另一個故事。”
一顆不尋常的小行星
與大多數已知的由冰和塵埃組成的彗星流星雨不同，雙子座流星雨似乎來自一顆名為3200 Phaethon的小行星——一大塊岩石和金屬。
“大多數流星體流是通過彗星機製形成的，這一次似乎來自小行星是不尋常的，”普林斯頓大學2024屆本科生沃爾夫·庫基爾說，他是論文的第一作者。
“此外，當它最接近太陽時，它的軌道稍微超出了它的母體，這不能僅僅通過觀察來解釋，”他補充說，指的是最近由海軍研究實驗室的卡爾·巴塔姆斯領導的帕克太陽探測器對雙子座的研究。
當彗星靠近太陽時，它變得更熱，導致表麵的冰釋放出氣體尾巴，這反過來又帶走了小塊的冰和灰塵。這種物質繼續跟在彗星後麵，因為它處於太陽的引力範圍內。隨著時間的推移，這種重複的過程使母體的軌道充滿物質，形成流星體流。
但是，由於像3200法厄同這樣的小行星是由岩石和金屬構成的，它們通常不會像彗星那樣受到太陽熱量的影響，這讓科學家們想知道是什麽導致了3200  Phaethon流在夜空中的形成。
“真正奇怪的是，我們知道3200 Phaethon是一顆小行星，但當它飛過太陽時，它似乎有某種溫度驅動的活動，”Szalay說。“大多數小行星不會那樣做。”
一些研究人員提出，3200 Phaethon實際上可能是一顆失去所有積雪的彗星，隻留下一個類似小行星的岩石核心。但新的帕克太陽探測器數據顯示，盡管3200 Phaethon的一些活動與溫度有關，但雙子星流的產生可能不是由彗星機製引起的，而是由更具災難性的東西引起的。
打開時間膠囊
為了了解雙子座流星雨的起源，Cukier和Szalay使用新的Parker太陽探測器數據模擬了三種可能的形成場景，然後將這些模型與現有的基於地球觀測的模型進行了比較。
“有所謂的流星體流形成的‘基本’模型，和‘暴力’創造模型，”庫基爾說。“之所以稱之為‘基本’，是因為這是最直接的建模方式，但實際上這些過程都是暴力的，隻是暴力程度不同。”
這些不同的模型反映了根據基於不同場景的物理定律會發生的一連串事件。例如，Cukier使用基本模型模擬了小行星以零相對速度釋放的所有物質塊——或者相對於3200 Phaethon沒有速度或方向——以查看最終的軌道會是什麽樣子，並將其與Parker Solar Probe探測器數據顯示的軌道進行比較。
然後，他使用暴力創造模型來模擬小行星以每小時一公裏的相對速度釋放物質，就好像這些碎片被突然的暴力事件撞散了一樣。
他還模擬了彗星模型——大多數流星體流形成背後的機製。由此產生的模擬軌道與根據帕克太陽探測器數據實際出現的雙子座軌道最不匹配，所以他們排除了這種情況。
在比較每個模型的模擬軌道時，研究小組發現，暴力模型與帕克太陽探測器的數據最一致，這意味著很可能是一個突然的暴力事件——比如與另一個物體的高速碰撞或氣體爆炸，以及其他可能性——創造了雙子座流星雨流。
這項研究建立在Szalay和Parker Solar Probe任務的幾位同事的工作基礎上，這些工作是在馬裏蘭州勞雷爾的約翰·霍普金斯應用物理實驗室(APL)建造和組裝的，目的是組裝一張穿過太陽係最內部的大塵埃雲的結構和行為的圖片。
他們利用帕克的飛行路線——其軌道距離太陽僅數百萬英裏，比曆史上任何航天器都近——獲得了對經過的彗星和小行星散落的塵埃雲的最佳直接觀察。
雖然探測器不直接測量塵埃顆粒，但它可以用一種巧妙的方式跟蹤塵埃顆粒:當塵埃顆粒沿著它的路徑投擲航天器時，高速撞擊產生等離子雲。這些撞擊雲產生獨特的電勢信號，這些信號被探測器磁場儀器上的幾個傳感器接收到，該儀器旨在測量太陽附近的電場和磁場。
“我們的航天器正在收集的首個此類數據將在未來幾十年進行分析，”APL的帕克太陽探測器項目科學家Nour Raouafi說。“看到各種水平和技能的科學家深入研究它，揭示太陽、太陽係和宇宙以外的世界，令人興奮。”
追求難以實現的東西
Cukier說，他對了解外層空間的熱情加上部門的支持是他追求這個項目的動力。
在參加了普林斯頓空間物理實驗室(Princeton space physics laboratory)提供的動手實驗課程(在那裏，他獲得了製造空間儀器的實踐經驗，比如目前在帕克太陽探測器(Parker Solar Probe)上對太陽環境進行采樣的儀器)並擔任本科生天文學俱樂部的財務主管後，他決定要從事課外研究。
當他接觸到普林斯頓空間物理組的科學家時，他受到了熱情的歡迎。“每個人都非常支持本科生研究，特別是在天體物理學方麵，因為這確實是係文化的一部分，”他說。
“當我們像Wolf這樣的學生能夠為這種空間研究做出如此巨大的貢獻時，這總是很棒的，”空間物理組組長兼普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)副主席David McComas說。“我們中的許多人多年來一直對雙子座流星雨感到敬畏，最終有數據和研究顯示它們可能是如何形成的，這太棒了。”
Cukier說他從小就喜歡看天空。“行星科學出人意料地容易接近，”他說。“例如，對於雙子座流星雨，任何人都可以在今年12月14日晚上出去仰望天空。從普林斯頓可以看到，有些流星非常明亮。我強烈建議去看一看。”