星際來客“3I/ATLAS”揭示不同尋常的彗星化學密碼

美國宇航局（NASA）近日發布消息稱，天文學家利用詹姆斯·韋布空間望遠鏡，首次獲取了一顆來自太陽系之外的彗星——3I/ATLAS——在中紅外波段的“化學指紋”，揭示出其內部蘊藏的甲烷以及大量二氧化碳等揮發性物質，顯示出這顆星際來客可能誕生于與太陽系截然不同的行星系統。

3I/ATLAS是一顆稀有的星際彗星，它并非起源于太陽系，而是從其他恒星周圍的行星系統脫離后闖入我們的星際鄰域。哈勃空間望遠鏡早在2025年7月21日便對其進行過成像，當時這顆彗星距離地球約3.65億公里。而此次韋布望遠鏡的最新觀測，則進一步從中紅外波段揭示了其周圍氣體的詳細化學組成。

研究團隊使用韋布望遠鏡配備的中紅外儀器MIRI（Mid-Infrared Instrument），在彗星經過近日點之后、逐漸遠離太陽的過程中，對3I/ATLAS進行了兩次追蹤觀測。第一次觀測發生在2025年12月15日至16日，當時彗星距離太陽約2.05億英里（約3.29億公里）；第二次觀測則在12月27日進行，此時它已遠離至約2.36億英里（約3.79億公里）的位置。

觀測結果表明，這是人類首次在一顆星際天體上直接探測到甲烷氣體。甲烷是一種高度易揮發物質，通常在溫度略有升高時便可由固態冰迅速轉變為氣體。本次探測到的甲烷出現在彗星通過近日點之后，這表明甲烷可能長期埋藏在彗核表層以下，受到外層物質遮蔽，未在早期升溫階段揮發逸出。

科學家推測，當3I/ATLAS接近太陽時，陽光持續加熱彗核更深層的冰體，使得此前被包裹、保存于內部的甲烷得以釋放，并以氣體形式從彗星周圍擴散出去。令人意外的是，相比水蒸氣，這次探測到的甲烷含量相對更為豐富，這種化學比例在太陽系彗星中極為罕見，凸顯了這顆星際彗星與本地彗星在組成上的差異。

除了甲烷之外，MIRI光譜還證實，3I/ATLAS中二氧化碳含量同樣異常偏高。與典型的太陽系彗星相比，這顆彗星釋放的二氧化碳相對于水的比例顯著增加。綜合甲烷和二氧化碳兩種揮發物的異常豐度，研究團隊認為，這一組合指向了一個與我們熟悉的太陽系早期環境截然不同的形成場所。

研究人員指出，3I/ATLAS中高含量的甲烷與二氧化碳，可能反映了其母恒星周圍原行星盤的溫度、化學組成及輻射條件與太陽系有較大差異。例如，它可能形成于更為寒冷且富含某些碳基分子的區域，或者在形成后經歷了不同的遷移和演化過程，從而在冰中“封存”了不同于太陽系彗星的化學特征。

隨著彗星沿軌道繼續遠離太陽，韋布望遠鏡記錄到其氣體釋放活動明顯減弱，尤其是水蒸氣的產額降幅最為顯著。科研團隊解釋稱，這一現象符合彗星物理過程的一般預期：彗星距離太陽越遠，接受的熱量越少，表面及內部冰體升華效率隨之下降，因而各種揮發性物質的氣體釋放速率都會隨之減少。

水冰的揮發性低于甲烷和二氧化碳，因此當彗星遠離太陽、溫度不斷下降時，水蒸氣的產額會率先體現出大幅下滑。這一變化為科學家提供了一個動態視角，以觀測不同揮發物在彗星軌道不同位置的釋放行為，從而約束彗核內部不同層次的組成及結構。

在技術層面，本次觀測借助的是MIRI中的中分辨率光譜儀（Medium Resolution Spectrometer）。該儀器能夠將中紅外光拆解為不同波長，并以“積分視場單元”（Integral Field Unit）的方式，同時獲取一個小天區內各位置的光譜數據。通過這種方式，科學家既能識別圍繞彗核分布的具體氣體成分，又能繪制這些氣體在彗發區（coma）中的空間分布圖。

圖像分析顯示，水蒸氣的分布范圍遠超彗核本身，原因在于其中相當一部分水是在彗發中的冰質微粒被加熱后釋放出來的。相較之下，二氧化碳和甲烷則更多集中在彗核附近，表明它們主要直接源自彗核內部冰層的升華。通過對不同種類氣體的空間分布進行比較，研究團隊得以更精細地刻畫3I/ATLAS內部各層物質的來源和揮發機制。

天文學家指出，每一顆星際彗星都像是一份來自外星行星系統的“化學樣本”，能夠幫助人類比較不同恒星體系的行星形成環境。3I/ATLAS的觀測結果顯示，宇宙中存在著豐富多樣的行星系統和小天體化學類型，而太陽系僅是其中一種可能。隨著韋布望遠鏡等設備持續運行，未來更多星際訪客的詳細觀測，有望進一步揭開其他行星系統中冰質天體的形成條件與演化軌跡。

相關研究成果已發表于《天體物理學快報》（The Astrophysical Journal Letters），論文標題為《The Volatile Inventory of 3I/ATLAS as Seen with JWST/MIRI》。作者團隊包括馬修·貝利亞科夫（Matthew Belyakov）、伊恩·黃（Ian Wong）、布萊斯·T·博林（Bryce T. Bolin）、M. Ryleigh Davis、Steven J. Bromley、Carey M. Lisse以及Michael E. Brown等人，文章于2026年4月8日正式發表。