海王星外天體與半人馬小行星的演化之謎

透過詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡對海王星外天體與半人馬小行星的觀測與分析，天文學家揭示了海王星外天體進入木星與土星間巨大行星區域後如何演化為半人馬小行星，並提供了早期太陽系中冰分布的線索。

海王星外天體是繞行太陽的小型天體，分布於海王星軌道之外，其中冥王星是最著名且體積較大的成員之一。這些天體的軌道與冥王星相似，或位於距離太陽更遠的區域。極低的溫度使揮發性物質以固態冰形式儲存在其表面。由於這些天體未曾演化成行星，它們保留了塑造太陽系時的成分與行星遷徙的關鍵證據，宛如冰質的時光膠囊。早期研究顯示，海王星外天體表面呈現高度「顏色」多樣性，可能含有不同成分，但成分組成仍不明確。如今，天文學家透過韋伯太空望遠鏡的觀測，揭示了顏色多樣性背後的組成結構。

另一方面，「半人馬小行星」因兼具小行星與彗星的特徵，猶如古希臘神話中的半人馬而得名。這類小行星處於動力學的過渡階段。理論研究顯示，它們可能起源於海王星外天體，受到行星微弱的重力擾動後逐漸向內太陽系移動。隨著接近太陽並受到加熱，半人馬小行星逐漸從穩定的小行星狀態轉變為活躍的彗星狀態，最終可能演化為短周期彗星。

在此次研究中，天文學家首次觀測到半人馬小行星與海王星外天體之間的關聯。研究團隊分析了5顆半人馬小行星的光譜，結果顯示它們各自對應於海王星外天體的特定類型。半人馬小行星與海王星外天體在組成上具有相似性，顯示某些海王星外天體在進入內太陽系後僅經歷表層的微小變化，轉變為半人馬小行星時仍保留與其來源海王星外天體的聯繫。

▲ 天文學家利用韋伯太空望遠鏡對海王星外天體進行光譜分析，揭示其可劃分為不同的組成類型。（Source：Graphic art by William D. González Sierra for the Florida Space Institute, University of Central Florida）

此外，研究團隊詳細分析了54顆海王星外天體的光譜特徵，發現水冰並非最常見的成分。相較之下，二氧化碳與一氧化碳等揮發性碳氧化物分布更為廣泛。外太陽系冰質天體的組成與早期原行星盤的結構密切相關。未來將進一步探究這些組成群組的形成原因與演化機制，以揭示太陽系早期歷史與動態演變的細節。研究結果為理解外太陽系的物質成分與動態演化奠定了關鍵基礎。

相關研究成果已發表於《自然天文學》期刊（Pinilla-Alonso et al. 2024）。