2017年4月1日墙牌，彗星41P/Tuttle–Giacobini–Kresák最近飛掠地球涡驮，兩者最近時只有0.142 AU（約2100萬公里）?。在這一期間喜滨，科學(xué)家們觀測到了史上最劇烈的自轉(zhuǎn)速率變化：它的自轉(zhuǎn)周期在兩個月內(nèi)從20個小時迅速增長為46個小時捉捅。
到底發(fā)生了什么？2018年1月11日的《自然》雜志介紹了這顆彗星的傳奇虽风。
1棒口、關(guān)于彗星41P/Tuttle–Giacobini–Kresák
彗星41P/Tuttle–Giacobini–Kresák是一顆木星族彗星，彗核半徑約0.7-1.0 km (Lamy et al., 2004)焰情，周期5.43年陌凳，名字里的P代表周期性彗星（periodic comet）。
1858年5月3日内舟，美國天文學(xué)家賀拉斯·帕內(nèi)爾·塔特爾（Horace Parnell?Tuttle）首次觀測到了這顆彗星合敦，此后，法國天文學(xué)家Michel?Giacobini和斯洛伐克天文學(xué)家?ubor?Kresák又分別于1907和1951年各自觀測到了這顆彗星——彗星41P/Tuttle–Giacobini–Kresák以這三位天文學(xué)家的姓氏而得名验游。
什么是木星族彗星？
太陽系內(nèi)的彗星有兩大來源：短周期彗星（周期小于200年）主要來自位于海王星以外的柯伊伯帶離散盤（冥王星就是柯伊伯帶中的一顆矮行星）耕蝉，離散盤平鋪在黃道面上崔梗，其內(nèi)側(cè)和柯伊伯帶有相交；長周期彗星主要來自遙遠(yuǎn)的奧爾特云垒在，由盤狀內(nèi)層和球狀外層兩部分組成蒜魄。
木星族彗星是來自柯伊伯帶離散盤，并被木星的引力束縛住的一類彗星，這類彗星通常周期較短（20年以內(nèi)）谈为。
2伞鲫、彗星之所以為彗星粘茄？
彗星本質(zhì)上是一團(tuán)巖石、塵埃和揮發(fā)性物質(zhì)（比如水冰）的混合物秕脓，通俗來說可以理解為一個“臟雪球”柒瓣，這個部分叫做“彗核”。因?yàn)殄缧擒壍赖钠穆释容^大（也就是軌道非常扁）吠架，所以大部分情況下彗星離太陽都非常遠(yuǎn)芙贫，這些時候彗星就只有彗核，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看起來和小行星應(yīng)該差不多诵肛。
因此理論上來說，彗星和小行星的組成成分是有差異的怔檩，含有大量冰的彗星總體上會比同等大小的小行星密度低，但問題是對這么小的小天體（直徑數(shù)百米到數(shù)十公里）蓄诽，幾乎所有的觀測都是非常粗略的薛训，質(zhì)量和體積的精確測量都很困難的，更別提密度了仑氛。所以實(shí)際觀測中乙埃，我們是很難通過密度來判斷一顆小天體到底是彗星還是小行星的。
但彗星的高揮發(fā)組成使它有一個重要特征：一旦當(dāng)彗星運(yùn)行到離太陽很近的地方的時候锯岖，揮發(fā)性物質(zhì)因?yàn)槭軣峒娂婇_始揮發(fā)介袜，就會形成一層稀薄的大氣層（彗發(fā)），并因?yàn)閯×业呐艢庾饔眯纬砷L長的尾巴（彗尾）出吹。在近日點(diǎn)附近有明顯彗尾遇伞，是我們判斷一顆小天體是否是彗星的標(biāo)準(zhǔn)。
從這個角度來說鸠珠，很多彗星由于在近日點(diǎn)附近缺乏觀測（比如軌道周期太長、或者在近日點(diǎn)附近太暗）秋麸，很有可能被當(dāng)做小行星或者壓根沒有被觀測到渐排。
3、彗星41P的自轉(zhuǎn)周期是怎么測的灸蟆？
文章采用了三組獨(dú)立的觀測來計(jì)算彗星41P在2017年3-5月期間的自轉(zhuǎn)周期：
1）通過觀測彗發(fā)中噴出的氰氣流位置的周期性變化驯耻，用的是羅威爾天文臺4.3米口徑的探索頻道望遠(yuǎn)鏡(Discovery Channel Telescope, DCT)。1986年哈雷彗星回歸時，科學(xué)家們在它的彗發(fā)中觀測到了氰氣(A'Hearn et al., Nature, 1986) 并用來輔助測量哈雷彗星的自轉(zhuǎn)周期(Millis and Schleicher, Nature, 1986)可缚，此后霎迫，氰氣由于其高熒光效率，成為彗星自轉(zhuǎn)周期測量的重要手段之一城看。
觀測結(jié)果顯示：2017年3月6-9日女气，彗星41P的自轉(zhuǎn)周期為19.75–20.05個小時。
2）3月26-27日，還是通過類似的方法赃阀，用羅威爾天文臺31英寸反射望遠(yuǎn)鏡又觀測了一次霎肯，自轉(zhuǎn)周期變?yōu)榧s27個小時。自轉(zhuǎn)周期變長的趨勢已初現(xiàn)端倪榛斯。
3）通過觀測彗星光變曲線的周期性變化观游，用的是斯威夫特紫外-可見光望遠(yuǎn)鏡(UVOT)測光系統(tǒng)。小天體（小行星和彗星）的形狀通常是非常不規(guī)則的驮俗，所以自轉(zhuǎn)過程中被光照到的表面積會不斷變化懂缕，表面積大的面比表面積小的面更亮，通過亮度的周期性變化可以計(jì)算小天體的自轉(zhuǎn)周期（當(dāng)然也可以用來計(jì)算每個面的長寬比王凑，也就是形狀）搪柑。
觀測結(jié)果顯示：2017年5月7-10日，彗星41P的自轉(zhuǎn)周期為46-60個小時索烹，均值為53個小時工碾。誤差范圍有點(diǎn)大是因?yàn)殄缧峭瑫r還在不斷遠(yuǎn)離太陽，整體的光度在變暗百姓，因此會造成一些偏差渊额。
一顆狀態(tài)穩(wěn)定的小行星或者彗星端圈，應(yīng)當(dāng)有比較固定的自轉(zhuǎn)周期，但自轉(zhuǎn)周期發(fā)生變化這種事也是觀測到過的子库，彗星41P是目前為止第8個被觀測到自轉(zhuǎn)周期發(fā)生過變化的彗星舱权，從這個角度來說，并不特別罕見仑嗅。
但之前自轉(zhuǎn)周期變化最劇烈的彗星103P/Hartley 2鸵贬，也只是在三個月內(nèi)從17個小時變?yōu)?9個小時而已俗他。
而彗星41P從2017年3月6-9日到5月7-10日的短短兩個月里，自轉(zhuǎn)周期從20個小時持續(xù)增長為46-60個小時阔逼，平均每天增加了0.40–0.67個小時兆衅！而且46個小時的自轉(zhuǎn)周期已經(jīng)近乎所有觀測到的彗星周期中最長的了。
4嗜浮、發(fā)生了什么羡亩？
對于彗星和小行星這種小天體，很多外界因素可能會讓它們變得不穩(wěn)定危融，比如其他天體的引力或者撞擊畏铆，但對彗星來說，最常見的原因還是彗星在近日點(diǎn)附近的排氣作用吉殃。再加上彗星41P的體積又那么写蔷印（小于70-90%的木星族彗星）——這意味著它的運(yùn)動狀態(tài)很容易受到排氣作用的影響。
科學(xué)家們首先就核對了彗星41P近三次回歸時觀測到的水分子產(chǎn)出率：
2001年的最大產(chǎn)出率是2*10^29分子每秒蛋勺；
2006年的最大產(chǎn)出率是?2*10^29分子每秒瓦灶；
2011年的回歸沒有被觀測到；
2017年抱完，斯威夫特望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果顯示這次的水分子產(chǎn)出率和2006年相當(dāng)倚搬。
這么大的排氣量對于這么小的彗星41P來說，相當(dāng)于表面超過50%的區(qū)域都是非城颍活躍地在噴出氣體，而大多數(shù)彗星在近日點(diǎn)附近時的活躍區(qū)域只有不到3%捅僵。
很顯然家卖，巨大的排氣量是其中一個原因。
但隨后庙楚，科學(xué)家們又核對了另一顆發(fā)生過明顯周期變化的彗星103P/Hartley 2上荡，發(fā)現(xiàn)事情并沒有這么簡單。
2010年馒闷，彗星103P/Hartley 2回歸期間酪捡，初始周期為16.5個小時，觀測到的最大水分子產(chǎn)出率是彗星41P這次的三倍纳账，但彗星103P/Hartley 2比彗星41P還要小……在這么極端的情況下逛薇，彗星103P/Hartley 2的自轉(zhuǎn)周期也只增長了2個小時而已……這這這這不對啊疏虫！
于是進(jìn)一步想到的可能性是：不僅是排氣量的問題永罚，排氣方式也不一樣啤呼。
如果彗星41P表面（離自轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn)的地方）有一處非常活躍的區(qū)域在近日點(diǎn)附近集中猛烈地排出大量氣體呢袱，那么可能會產(chǎn)生一個和自轉(zhuǎn)方向相反的凈扭矩官扣，一口氣把彗星的自轉(zhuǎn)給拖慢了。
如果這一猜想是真的羞福，那么就意味著彗星41P每次回歸的時候惕蹄，這塊活躍區(qū)域都會“蘇醒”，所以每回歸一次它的自傳周期都會延長——照這個速度推算治专，在不久的將來卖陵，這顆彗星的自轉(zhuǎn)周期可能會長達(dá)100個小時！如此緩慢的自轉(zhuǎn)看靠，將使得彗星無法保持穩(wěn)定赶促，自轉(zhuǎn)軸可能會發(fā)生劇烈變化，自轉(zhuǎn)速率可能會再次加快挟炬，直到彗星不斷調(diào)整自身再次達(dá)到一個穩(wěn)定狀態(tài)鸥滨。
可是為什么會突然出現(xiàn)了一個非常活躍的區(qū)域呢谤祖？
因?yàn)檫@顆彗星可能曾經(jīng)歷過瀕死的狀態(tài)婿滓。
既然彗星41P正在越轉(zhuǎn)越慢，那么很顯然它曾經(jīng)轉(zhuǎn)得很快過——轉(zhuǎn)得越快粥喜，就意味著越容易因?yàn)殡x心作用而分崩離析凸主。按照目前的變化速率向過去回溯，它在2006年之前的自轉(zhuǎn)周期只有5個小時——這已經(jīng)是彗星41P瀕臨崩潰的臨界點(diǎn)了额湘。
在那之前的彗星41P經(jīng)歷了什么卿吐？
可以想象，幾十年前的彗星41P很可能因?yàn)檗D(zhuǎn)得太快而經(jīng)歷過大范圍的崩塌：鋪天蓋地的排氣作用和滑坡锋华，塵埃和石塊都在簌簌地剝落散逸……在這一片混亂之中嗡官，一塊充滿揮發(fā)性物質(zhì)的區(qū)域幸運(yùn)地暴露出了表面。
正是這塊活躍的區(qū)域拯救了這顆瀕死的彗星毯焕，它用一己之力生生把彗星41P的自轉(zhuǎn)給拖慢了……
一切又恢復(fù)了寧靜衍腥，彗星41P獲得了暫時的安全。
2017年的我們還能再次見到彗星41P的回歸纳猫，說不定就是因?yàn)檫@顆遙遠(yuǎn)的彗星上幾十年前的那次僥幸呢婆咸。
參考
https://www.minorplanetcenter.net/db_search/show_object?object_id=41P
https://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi?sstr=41P
Comet 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak Orbit - The Catholic Astronomer ：http://www.vofoundation.org/blog/three-comet-close-encounters-2017-2018/41p-tuttle-giacobini-kresak-orbit/
A History of Comets - Part 3：http://sci.esa.int/rosetta/54200-on-the-origin-of-comets/
41P/Tuttle-Giacobini-Kresak：http://cometography.com/pcomets/041p.html
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