星际来客“3I/ATLAS”揭示不同寻常的彗星化学密码

3I/ATLAS是一颗稀有的星际彗星，它并非起源于太阳系，而是从其他恒星周围的行星系统脱离后闯入我们的星际邻域。哈勃空间望远镜早在2025年7月21日便对其进行过成像，当时这颗彗星距离地球约3.65亿公里。而此次韦布望远镜的最新观测，则进一步从中红外波段揭示了其周围气体的详细化学组成。

研究团队使用韦布望远镜配备的中红外仪器MIRI（Mid-Infrared Instrument），在彗星经过近日点之后、逐渐远离太阳的过程中，对3I/ATLAS进行了两次追踪观测。第一次观测发生在2025年12月15日至16日，当时彗星距离太阳约2.05亿英里（约3.29亿公里）；第二次观测则在12月27日进行，此时它已远离至约2.36亿英里（约3.79亿公里）的位置。

观测结果表明，这是人类首次在一颗星际天体上直接探测到甲烷气体。甲烷是一种高度易挥发物质，通常在温度略有升高时便可由固态冰迅速转变为气体。本次探测到的甲烷出现在彗星通过近日点之后，这表明甲烷可能长期埋藏在彗核表层以下，受到外层物质遮蔽，未在早期升温阶段挥发逸出。

科学家推测，当3I/ATLAS接近太阳时，阳光持续加热彗核更深层的冰体，使得此前被包裹、保存于内部的甲烷得以释放，并以气体形式从彗星周围扩散出去。令人意外的是，相比水蒸气，这次探测到的甲烷含量相对更为丰富，这种化学比例在太阳系彗星中极为罕见，凸显了这颗星际彗星与本地彗星在组成上的差异。

除了甲烷之外，MIRI光谱还证实，3I/ATLAS中二氧化碳含量同样异常偏高。与典型的太阳系彗星相比，这颗彗星释放的二氧化碳相对于水的比例显著增加。综合甲烷和二氧化碳两种挥发物的异常丰度，研究团队认为，这一组合指向了一个与我们熟悉的太阳系早期环境截然不同的形成场所。

研究人员指出，3I/ATLAS中高含量的甲烷与二氧化碳，可能反映了其母恒星周围原行星盘的温度、化学组成及辐射条件与太阳系有较大差异。例如，它可能形成于更为寒冷且富含某些碳基分子的区域，或者在形成后经历了不同的迁移和演化过程，从而在冰中“封存”了不同于太阳系彗星的化学特征。

随着彗星沿轨道继续远离太阳，韦布望远镜记录到其气体释放活动明显减弱，尤其是水蒸气的产额降幅最为显著。科研团队解释称，这一现象符合彗星物理过程的一般预期：彗星距离太阳越远，接受的热量越少，表面及内部冰体升华效率随之下降，因而各种挥发性物质的气体释放速率都会随之减少。

水冰的挥发性低于甲烷和二氧化碳，因此当彗星远离太阳、温度不断下降时，水蒸气的产额会率先体现出大幅下滑。这一变化为科学家提供了一个动态视角，以观测不同挥发物在彗星轨道不同位置的释放行为，从而约束彗核内部不同层次的组成及结构。

在技术层面，本次观测借助的是MIRI中的中分辨率光谱仪（Medium Resolution Spectrometer）。该仪器能够将中红外光拆解为不同波长，并以“积分视场单元”（Integral Field Unit）的方式，同时获取一个小天区内各位置的光谱数据。通过这种方式，科学家既能识别围绕彗核分布的具体气体成分，又能绘制这些气体在彗发区（coma）中的空间分布图。

图像分析显示，水蒸气的分布范围远超彗核本身，原因在于其中相当一部分水是在彗发中的冰质微粒被加热后释放出来的。相较之下，二氧化碳和甲烷则更多集中在彗核附近，表明它们主要直接源自彗核内部冰层的升华。通过对不同种类气体的空间分布进行比较，研究团队得以更精细地刻画3I/ATLAS内部各层物质的来源和挥发机制。

天文学家指出，每一颗星际彗星都像是一份来自外星行星系统的“化学样本”，能够帮助人类比较不同恒星体系的行星形成环境。3I/ATLAS的观测结果显示，宇宙中存在着丰富多样的行星系统和小天体化学类型，而太阳系仅是其中一种可能。随着韦布望远镜等设备持续运行，未来更多星际访客的详细观测，有望进一步揭开其他行星系统中冰质天体的形成条件与演化轨迹。

相关研究成果已发表于《天体物理学快报》（The Astrophysical Journal Letters），论文标题为《The Volatile Inventory of 3I/ATLAS as Seen with JWST/MIRI》。作者团队包括马修·贝利亚科夫（Matthew Belyakov）、伊恩·黄（Ian Wong）、布莱斯·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日正式发表。