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近日，由中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)牽頭的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)利用天馬望遠(yuǎn)鏡，對(duì)回歸的12P/Pons-Brooks彗星（以下簡(jiǎn)稱12P）開展了多波段射電觀測(cè)，系統(tǒng)測(cè)量了其爆發(fā)活動(dòng)中的水汽產(chǎn)生率，并獲得了哈雷族彗星迄今在最遠(yuǎn)日心距上的氨分子探測(cè)結(jié)果。相關(guān)研究成果以“Pre-perihelion radio observations of comet 12P/Pons-Brooks with the Tianma Radio Telescope”為題，發(fā)表于國(guó)際天文學(xué)期刊《天文與天體物理》（Astronomy & Astrophysics）。

彗星的內(nèi)部含有太陽(yáng)系形成初期的非常豐富的各類冰質(zhì)成分，在它們的軌道位置逐漸接近太陽(yáng)的過(guò)程中，這些成分會(huì)在太陽(yáng)輻射的加熱下升華并驅(qū)動(dòng)豐富的彗星活動(dòng)。揮發(fā)冰的存在表明彗星自形成以來(lái)沒有經(jīng)歷過(guò)劇烈的熱演化。因此，對(duì)彗星中冰的組成的研究能夠幫助我們了解46億年前它們形成時(shí)原始太陽(yáng)系的熱學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。

12P是一顆軌道周期約71年的哈雷族彗星，自1812年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，每次回歸時(shí)都會(huì)出現(xiàn)多次爆發(fā)性增亮，成因仍未解開。2024年的這次回歸，12P同樣出現(xiàn)了頻繁爆發(fā)，表現(xiàn)為整體亮度的短時(shí)間突增。由于爆發(fā)過(guò)程往往伴隨更多的氣體從彗核中釋放，因此，12P的爆發(fā)期是監(jiān)測(cè)其氣體成分及變化、分析爆發(fā)機(jī)制和物質(zhì)構(gòu)成的絕佳時(shí)機(jī)。

在2023年底至2024年初的觀測(cè)窗口中，研究團(tuán)隊(duì)利用上海天馬65米射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)12P開展了L波段和K波段的多次觀測(cè)。在L波段的觀測(cè)中，成功探測(cè)到12P的18-cm 羥基(OH) 譜線（圖1）。結(jié)合輻射轉(zhuǎn)移模型，計(jì)算得到12P在幾次爆發(fā)前后的水汽產(chǎn)生率和膨脹速度。結(jié)合前人研究成果，刻畫了12P在爆發(fā)影響下的短期以及長(zhǎng)期活動(dòng)性變化（圖2左）。在距離太陽(yáng)1 AU處，12P每秒能夠釋放超過(guò)5噸水蒸氣，該水平超過(guò)了絕大多數(shù)短周期彗星和部分長(zhǎng)周期彗星，足以表明12P的強(qiáng)活動(dòng)性。而在爆發(fā)期，12P的活動(dòng)性還能提升一倍左右（以水為例）。

在K波段的觀測(cè)中，以3σ的置信度首次在射電波段探測(cè)到哈雷族彗星中的氨分子（NH₃），這也是彗星中射電波段氨分子的最遠(yuǎn)探測(cè)記錄。本次觀測(cè)測(cè)量了12P在一次爆發(fā)期的NH₃產(chǎn)率及相對(duì)豐度，發(fā)現(xiàn)NH₃相對(duì)豐度在彗星中處于較高水平（圖2右）。NH₃具有較低的升華溫度，對(duì)于12P這類短周期彗星，在更高揮發(fā)性物質(zhì)（如CO，CO₂）已經(jīng)有所消耗的情況下，NH₃的高豐度及其在彗核中的分布或許是12P頻繁爆發(fā)的原因之一。

圖1：12P在不同時(shí)期的平均18 cm OH線（縮放到1667 MHz）

圖2：（左）12P的OH和水產(chǎn)率隨日心距的變化關(guān)系；（右）不同彗星的NH3豐度隨日心距的關(guān)系

該研究不僅揭示了12P彗星在爆發(fā)過(guò)程中物質(zhì)釋放的演化規(guī)律，也為理解彗星活動(dòng)機(jī)制及其內(nèi)部成分提供了新的觀測(cè)依據(jù)。

論文第一作者李浚岑為上海天文臺(tái)博士后，本研究的主要工作完成于其在紫金山天文臺(tái)攻讀博士學(xué)位期間。該工作得到國(guó)家自然基金項(xiàng)目、國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目以及科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202554867

科學(xué)聯(lián)系人：史弦，[email protected]；馬月華，[email protected]