IT之家 3 月 31 日消息，一項(xiàng)對(duì)星際彗星 3I/ATLAS 同位素組成的最新分析表明，這顆近期霸占各大新聞?lì)^條的星際彗星，年齡可能達(dá)到 100 億至 120 億年。這位闖入太陽(yáng)系的“星際訪客”，是有記錄以來(lái)第三個(gè)從星際空間闖入太陽(yáng)系周邊的天體。

倘若這份新測(cè)算的年齡屬實(shí)，便意味著 3I/ATLAS 在銀河系誕生后的數(shù)十億年內(nèi)就已形成。

據(jù)IT之家了解，3I/ATLAS 于 2025 年被發(fā)現(xiàn)時(shí)，其相對(duì)太陽(yáng)的運(yùn)行速度達(dá)到每秒 36 英里（58 公里）。它是人類迄今觀測(cè)到的速度最快的彗星，遠(yuǎn)超此前的星際天體奧陌陌（1I/'Oumuamua）和鮑里索夫彗星（2I/Borisov）。理論研究指出，星際天體的運(yùn)行速度越快，形成年代就越久遠(yuǎn)。因?yàn)槠浔厝辉啻闻c其他恒星發(fā)生天體交會(huì)和引力彈弓效應(yīng)，從而被不斷加速至極高速度。

基于該彗星的運(yùn)行速度，密歇根大學(xué)的埃斯特 · 泰勒與密歇根州立大學(xué)的達(dá)里爾 · 塞爾格曼兩位天文學(xué)家測(cè)算得出，3I/ATLAS 的運(yùn)動(dòng)學(xué)年齡約在 30 億至 110 億年之間。這一年齡區(qū)間跨度極大，存在顯著不確定性。而美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心的馬丁 · 科迪納主導(dǎo)的一項(xiàng)新研究，通過分析彗星的同位素組成，將其年齡鎖定在了這一區(qū)間的上限范圍。

借助詹姆斯 · 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的近紅外光譜儀開展觀測(cè)研究，科迪納團(tuán)隊(duì)測(cè)量了 3I/ATLAS 體內(nèi)碳 12 與碳 13 的比值，同時(shí)檢測(cè)了彗星水體中氘的富集程度（氘是氫的兩種穩(wěn)定同位素之一）。這兩項(xiàng)指標(biāo)是推斷彗星年齡與起源的關(guān)鍵依據(jù)。

同位素指同種元素中質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子。碳 12 是碳的常規(guī)形態(tài)，含有 6 個(gè)質(zhì)子與 6 個(gè)中子；碳 13 則為其同位素，擁有 6 個(gè)質(zhì)子和 7 個(gè)中子。氘含有 1 個(gè)質(zhì)子與 1 個(gè)中子，而普通氫原子僅有 1 個(gè)質(zhì)子、不含中子。

在 3I/ATLAS 表面，一氧化碳、二氧化碳等化合物中，甚至甲醇、甲醛、甲烷等有機(jī)分子里，都檢測(cè)到了碳同位素。

近紅外光譜儀的觀測(cè)結(jié)果顯示，相較于太陽(yáng)系內(nèi)所有天體、其他恒星周圍的行星形成盤以及本地分子云，3I/ATLAS 體內(nèi)的碳 12 相對(duì)碳 13 的占比要高得多。這至少能夠證明：它絕非太陽(yáng)系本土天體。

星際介質(zhì)與孕育恒星的分子云之中，碳 13 的豐度會(huì)隨著時(shí)間推移不斷升高。因此，碳 13 相對(duì)碳 12 的占比越低，就說明天體形成的年代越久遠(yuǎn) —— 形成之時(shí)，碳 13 尚未累積至如今的豐度水平。

科學(xué)家結(jié)合銀河系演化模型，得以推算出它大致的形成時(shí)間。

銀河系約 130 億年前誕生后，曾經(jīng)歷一場(chǎng)劇烈的星暴活動(dòng)，大規(guī)模恒星集中形成。這批恒星中，許多很快演化成紅巨星，隨后拋散外層物質(zhì)，形成行星狀星云，最終遺留高溫穩(wěn)定的內(nèi)核，也就是白矮星。

若白矮星處于密近雙星系統(tǒng)中，它會(huì)不斷吞噬伴星的物質(zhì)，最終在表面觸發(fā)熱核爆炸，這類爆發(fā)被稱為新星。新星爆發(fā)會(huì)大量生成碳 13。研究認(rèn)為，銀河系誕生后的前 40 億年里，曾出現(xiàn)密集的新星爆發(fā)浪潮。3I/ATLAS 既含有少量重元素，又擁有極低的碳 13 相對(duì)豐度，說明它正是在這一階段形成，早于銀河系碳 13 豐度大規(guī)模累積的時(shí)期。

據(jù)此推算，3I/ATLAS 的年齡確定為 100 億至 120 億年。

彗星水體的氘富集特征，同樣揭示了它的星際起源。氘可以替換水分子中的普通氫原子（單個(gè)或兩個(gè)），這便是科研人員所說的氘富集現(xiàn)象。3I/ATLAS 水體的氘氫比值，比太陽(yáng)系原生彗星高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。

這種高氘富集只會(huì)在特定環(huán)境中形成：當(dāng)溫度低于絕對(duì)零度以上 30 開爾文（零下 243 攝氏度）時(shí)，水冰會(huì)富集氘。該低溫環(huán)境普遍存在于星際分子云，且重元素含量極低，進(jìn)一步印證了這顆彗星誕生于銀河系早期。

彗星與行星同步形成。若以上研究結(jié)論成立，那么 3I/ATLAS 極有可能是銀河系最早一批行星系統(tǒng)遺留下來(lái)的古老殘骸。我們能否通過它窺探早期行星的奧秘？

彗星本質(zhì)是冰質(zhì)天體，通常誕生于行星形成盤的外圍區(qū)域。這里遠(yuǎn)離年輕恒星的高溫，冰體不會(huì)被蒸發(fā)。在行星形成盤中，水分由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)冰的分界線，被稱為雪線。

科迪納在接受《太空網(wǎng)》采訪時(shí)表示：“我們普遍認(rèn)為，彗星物質(zhì)代表著原行星盤雪線以外行星的構(gòu)成基礎(chǔ)。星際彗星亦是如此，它們能讓我們洞悉系外行星的原始物質(zhì)組成。”

目前，科學(xué)家仍在完善 3I/ATLAS 的完整化學(xué)成分圖譜，但現(xiàn)有研究已得出多項(xiàng)關(guān)鍵結(jié)論。

科迪納指出：“對(duì)比太陽(yáng)系彗星，鮑里索夫彗星與 3I/ATLAS 都呈現(xiàn)出富碳的化學(xué)特征。這至少說明，它們的母行星系統(tǒng)中碳元素含量極為豐富。同時(shí)，3I/ATLAS 還富含水資源?！?/p>

氘元素以及各類碳、氧化合物的存在，證明在形成該彗星所屬行星系統(tǒng)的冰塵顆粒上，曾發(fā)生過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。這也意味著，在宇宙誕生的極早期，有機(jī)分子與水就已是行星形成的核心組分。

不過，3I/ATLAS 的確切起源地至今仍是未解之謎，或許永遠(yuǎn)無(wú)法揭曉?；厮萜淝f(wàn)年以上的運(yùn)行軌跡幾乎毫無(wú)可能：它途經(jīng)恒星時(shí)會(huì)受到引力擾動(dòng)，軌道會(huì)發(fā)生持續(xù)偏移。

但年齡測(cè)算結(jié)果，已大幅縮小了起源范圍。

銀河系銀盤分為兩層：薄銀盤厚度約 1000 光年，如今銀河系絕大多數(shù)恒星在此誕生，太陽(yáng)系也位于薄銀盤之中；薄銀盤外圍是更為彌散厚重的厚銀盤，厚度約 3000 光年。歐洲空間局蓋亞衛(wèi)星對(duì)厚銀盤恒星的觀測(cè)顯示，厚銀盤始于 130 億年前，而薄銀盤形成時(shí)間晚得多，約 90 億年前才開始演化。若該時(shí)間線準(zhǔn)確，3I/ATLAS 大概率源自厚銀盤恒星系統(tǒng)。

科迪納稱：“彗星的年齡越古老，這一可能性就越高?！?/p>

事實(shí)上，3I/ATLAS 年代太過久遠(yuǎn)，孕育它的恒星系統(tǒng)或許早已消亡。它真的是行星形成遠(yuǎn)古紀(jì)元留存下來(lái)的珍貴遺跡嗎？

這項(xiàng)研究成果目前尚未完成同行評(píng)審，相關(guān)預(yù)印本論文已對(duì)外公開。

參考資料：

• https://arxiv.org/pdf/2603.06911