双子座流星体在每年冬天掠过地球时照亮天空，在我们的夜空中产生最强烈的流星雨之一。

研究人员揭开双子座流星雨不寻常起源的神秘面纱

围绕这种流星体流起源的谜团长期以来一直让科学家着迷，因为虽然大多数流星雨是彗星发射冰和尘埃尾巴时产生的，但双子座流星雨起源于一颗小行星——一块通常不会产生尾巴的岩石。直到最近，双子座流星雨才在地球上得到研究。

现在，普林斯顿大学的研究人员利用来自美国宇航局帕克太阳探测器任务的观察结果推断，这可能是一个暴力的、灾难性的事件——比如与另一个物体的高速碰撞或气体爆炸——造成了双子座流星雨。发表在《行星科学杂志》上的研究结果缩小了关于这颗小行星的组成和历史的假设，这些假设可以解释其非常规行为。

“小行星就像我们太阳系形成的小时间胶囊，”普林斯顿大学空间物理实验室的研究学者、该论文的合著者JameySzalay说。“它们是在我们的太阳系形成时形成的，了解它们的成分给了我们另一个故事。”

一颗不寻常的小行星

与大多数已知的由冰和尘埃构成的彗星形成的流星雨不同，双子座流星雨似乎起源于一颗名为3200Phaethon的小行星——一块岩石和金属。

“大多数流星体流都是通过彗星机制形成的，这一个流星体似乎来自小行星是不寻常的，”普林斯顿大学2024年本科生、该论文的第一作者WolfCukier说。

“此外，当它最接近太阳时，该流在其母体之外略微绕行，仅通过观察它是无法解释的，”他补充说，指的是最近对帕克太阳探测器双子座图像的研究由海军研究实验室的KarlBattams领导。

当彗星靠近太阳运行时，它会变得更热，导致表面的冰释放出一股气体尾巴，这反过来又会拖曳小块冰和尘埃。当彗星停留在太阳的引力范围内时，这种物质会继续尾随彗星。随着时间的推移，这个重复的过程用物质填充母体的轨道，形成流星体流。

但是因为像3200Phaethon这样的小行星是由岩石和金属构成的，所以它们通常不像彗星那样受到太阳热量的影响，这让科学家们想知道是什么原因导致3200Phaethon的星流在夜空中形成。

“真正奇怪的是，我们知道3200Phaethon是一颗小行星，但当它飞过太阳时，它似乎有某种温度驱动的活动，”Szalay说。“大多数小行星不会那样做。”

一些研究人员认为，3200Phaethon实际上可能是一颗失去了所有积雪的彗星，只留下一个类似于小行星的岩石核心。但是新的帕克太阳探测器数据显示，虽然3200Phaethon的一些活动与温度有关，但双子座流的产生很可能不是由彗星机制引起的，而是由更具灾难性的东西引起的。

打开时间胶囊

为了了解双子座流星雨的起源，Cukier和Szalay使用帕克太阳探测器的新数据对三种可能的形成场景进行建模，然后将这些模型与根据地球观测创建的现有模型进行比较。

“有所谓的流星流形成的‘基本’模型，以及‘剧烈’的创造模型，”Cukier说。“它被称为‘基本’，因为它是最直接的模型，但实际上这些过程都是暴力的，只是暴力程度不同。”

这些不同的模型反映了根据基于不同场景的物理定律发生的事件链。例如，Cukier使用基本模型模拟了从小行星以零相对速度(或者相对于3200Phaethon没有速度或方向)释放的所有物质块，以查看最终轨道的样子并将其与帕克太阳探测器探测器数据显示的轨道。

然后，他使用暴力创造模型来模拟从小行星以高达每小时一公里的相对速度释放的物质，就好像这些碎片被突然的、暴力的事件击散了一样。

他还模拟了彗星模型——大多数流星流形成背后的机制。根据帕克太阳探测器的数据，由此产生的模拟轨道与双子座流星雨轨道实际出现的方式最不匹配，因此他们排除了这种情况。

在比较每个模型的模拟轨道时，研究小组发现，剧烈的模型与帕克太阳探测器的数据最一致，这意味着很可能是突然的剧烈事件——例如与另一个物体或物体的高速碰撞气体爆炸，以及其他可能性——创造了双子座流星雨。

该研究建立在Szalay和帕克太阳探测器任务的几位同事的工作基础上，在马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯应用物理实验室(APL)建造和组装，以组装大太阳云的结构和行为的图片在太阳系最内层旋转的尘埃。

他们利用帕克的飞行路径——一个将它摆动到离太阳仅数百万英里的轨道，比历史上任何航天器都近——以最好的方式直接观察从经过的彗星和小行星上脱落的尘埃云。

虽然探测器不直接测量尘埃颗粒，但它可以以一种巧妙的方式追踪尘埃颗粒：当尘埃颗粒沿着航天器的路径撞击航天器时，高速撞击会产生等离子云。这些撞击云会产生独特的电势信号，探测器的FIELDS仪器上的几个传感器会接收到这些信号，该仪器旨在测量太阳附近的电场和磁场。

APL帕克太阳能探测器项目科学家NourRa​​ouafi说：“我们的航天器现在正在收集的首个此类数据将在未来几十年进行分析。”“看到各种水平和技能的科学家深入研究它，以阐明太阳、太阳系和更远的宇宙，真是令人兴奋。”

摘星

Cukier说，他对学习外层空间的热情以及部门的支持是促使他从事这个项目的动力。

在参加了普林斯顿空间物理实验室提供的实践实验室课程后——在那里他获得了建造空间仪器的实践经验，比如那些目前在帕克太阳探测器上对太阳环境进行采样的仪器——并担任本科生天文学俱乐部的财务主管，他决定他想从事课外研究。

当他接触到普林斯顿空间物理组的科学家时，他受到了热烈的欢迎。“每个人都非常支持本科生研究，尤其是在天体物理学方面，因为它确实是院系文化的一部分，”他说。

“当我们像沃尔夫这样的学生能够为这种空间研究做出如此巨大的贡献时，总是很棒，”空间物理组组长兼普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)副总裁大卫麦科马斯说。“多年来，我们中的许多人一直对双子座流星雨感到敬畏，终于有了数据和研究来证明它们可能是如何形成的，真是太棒了。”

Cukier说他从小就被仰望天空所吸引。“行星科学出人意料地容易获得，”他说。“例如，对于双子座流星雨，任何人都可以在今年12月14日晚上出去抬头看。从普林斯顿就可以看到它，而且有些流星非常明亮。我强烈建议您去看看。”