艺术家的帕克太阳探测器接近太阳的概念。该探测器于2018年发射，正在提高我们预测影响地球生命的重大空间天气事件的能力。鸣谢:美国宇航局/约翰·霍普金斯大学APL/史蒂夫·格里本
据普林斯顿大学（阿莱娜·奥里甘）：双子座流星雨每年冬天掠过地球时都会照亮天空，在我们的夜空中产生最强烈的流星雨之一。
科学家们长期以来一直对这种流星雨的起源感到好奇，因为尽管大多数流星雨是在彗星发出冰和尘埃尾巴时产生的，但双子座流星雨来自一颗小行星——一大块通常不会产生尾巴的岩石。直到最近，人们只在地球上研究双子座。
现在，普林斯顿大学的研究人员利用美国宇航局帕克太阳探测器任务的观察结果推断，这可能是一次剧烈的灾难性事件——如与另一个物体的高速碰撞或气体爆炸——产生了双子星。这些发现发表在《行星科学杂志》上，缩小了关于这颗小行星的组成和历史的假设，这些假设可以解释它的非传统行为。
“小行星就像我们太阳系形成过程中的小时间胶囊，”普林斯顿大学空间物理实验室的研究学者、论文的合著者Jamey Szalay说。“它们是在我们的太阳系形成时形成的，了解它们的组成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组成的彗星流星雨不同，双子座流星雨似乎来自一颗名为3200 Phaethon的小行星——一大块岩石和金属。
“大多数流星体流是通过彗星机制形成的，这一次似乎来自小行星是不寻常的，”普林斯顿大学2024届本科生沃尔夫·库基尔说，他是论文的第一作者。
“此外，当它最接近太阳时，它的轨道稍微超出了它的母体，这不能仅仅通过观察来解释，”他补充说，指的是最近由海军研究实验室的卡尔·巴塔姆斯领导的帕克太阳探测器对双子座的研究。
当彗星靠近太阳时，它变得更热，导致表面的冰释放出气体尾巴，这反过来又带走了小块的冰和灰尘。这种物质继续跟在彗星后面，因为它处于太阳的引力范围内。随着时间的推移，这种重复的过程使母体的轨道充满物质，形成流星体流。
但是，由于像3200法厄同这样的小行星是由岩石和金属构成的，它们通常不会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导致了3200 Phaethon流在夜空中的形成。
“真正奇怪的是，我们知道3200 Phaethon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。”
一些研究人员提出，3200 Phaethon实际上可能是一颗失去所有积雪的彗星，只留下一个类似小行星的岩石核心。但新的帕克太阳探测器数据显示，尽管3200 Phaethon的一些活动与温度有关，但双子星流的产生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使用新的Parker太阳探测器数据模拟了三种可能的形成场景，然后将这些模型与现有的基于地球观测的模型进行了比较。
“有所谓的流星体流形成的‘基本’模型，和‘暴力’创造模型，”库基尔说。“之所以称之为‘基本’，是因为这是最直接的建模方式，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会发生的一连串事件。例如，Cukier使用基本模型模拟了小行星以零相对速度释放的所有物质块——或者相对于3200 Phaethon没有速度或方向——以查看最终的轨道会是什么样子，并将其与Parker Solar Probe探测器数据显示的轨道进行比较。
然后，他使用暴力创造模型来模拟小行星以每小时一公里的相对速度释放物质，就好像这些碎片被突然的暴力事件撞散了一样。
他还模拟了彗星模型——大多数流星体流形成背后的机制。由此产生的模拟轨道与根据帕克太阳探测器数据实际出现的双子座轨道最不匹配，所以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，暴力模型与帕克太阳探测器的数据最一致，这意味着很可能是一个突然的暴力事件——比如与另一个物体的高速碰撞或气体爆炸，以及其他可能性——创造了双子座流星雨流。
这项研究建立在Szalay和Parker Solar Probe任务的几位同事的工作基础上，这些工作是在马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)建造和组装的，目的是组装一张穿过太阳系最内部的大尘埃云的结构和行为的图片。
他们利用帕克的飞行路线——其轨道距离太阳仅数百万英里，比历史上任何航天器都近——获得了对经过的彗星和小行星散落的尘埃云的最佳直接观察。
虽然探测器不直接测量尘埃颗粒，但它可以用一种巧妙的方式跟踪尘埃颗粒:当尘埃颗粒沿着它的路径投掷航天器时，高速撞击产生等离子云。这些撞击云产生独特的电势信号，这些信号被探测器磁场仪器上的几个传感器接收到，该仪器旨在测量太阳附近的电场和磁场。
“我们的航天器正在收集的首个此类数据将在未来几十年进行分析，”APL的帕克太阳探测器项目科学家Nour Raouafi说。“看到各种水平和技能的科学家深入研究它，揭示太阳、太阳系和宇宙以外的世界，令人兴奋。”
追求难以实现的东西
Cukier说，他对了解外层空间的热情加上部门的支持是他追求这个项目的动力。
在参加了普林斯顿空间物理实验室(Princeton space physics laboratory)提供的动手实验课程(在那里，他获得了制造空间仪器的实践经验，比如目前在帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)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后，他决定要从事课外研究。
当他接触到普林斯顿空间物理组的科学家时，他受到了热情的欢迎。“每个人都非常支持本科生研究，特别是在天体物理学方面，因为这确实是系文化的一部分，”他说。
“当我们像Wolf这样的学生能够为这种空间研究做出如此巨大的贡献时，这总是很棒的，”空间物理组组长兼普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)副主席David McComas说。“我们中的许多人多年来一直对双子座流星雨感到敬畏，最终有数据和研究显示它们可能是如何形成的，这太棒了。”
Cukier说他从小就喜欢看天空。“行星科学出人意料地容易接近，”他说。“例如，对于双子座流星雨，任何人都可以在今年12月14日晚上出去仰望天空。从普林斯顿可以看到，有些流星非常明亮。我强烈建议去看一看。”
