同位素分析揭示：星際彗星3I/ATLAS年齡達100至120億年

IT之家 3 月 31 日消息，一項對星際彗星 3I/ATLAS 同位素組成的最新分析表明，這顆近期霸占各大新聞頭條的星際彗星，年齡可能達到 100 億至 120 億年。這位闖入太陽系的“星際訪客”，是有記錄以來第三個從星際空間闖入太陽系周邊的天體。

倘若這份新測算的年齡屬實，便意味著 3I/ATLAS 在銀河系誕生后的數十億年內就已形成。

據IT之家了解，3I/ATLAS 于 2025 年被發現時，其相對太陽的運行速度達到每秒 36 英里（58 公里）。它是人類迄今觀測到的速度最快的彗星，遠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，星際天體的運行速度越快，形成年代就越久遠。因為其必然曾多次與其他恒星發生天體交會和引力彈弓效應，從而被不斷加速至極高速度。

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

借助詹姆斯 · 韋伯太空望遠鏡的近紅外光譜儀開展觀測研究，科迪納團隊測量了 3I/ATLAS 體內碳 12 與碳 13 的比值，同時檢測了彗星水體中氘的富集程度（氘是氫的兩種穩定同位素之一）。這兩項指標是推斷彗星年齡與起源的關鍵依據。

同位素指同種元素中質子數相同、中子數不同的原子。碳 12 是碳的常規形態，含有 6 個質子與 6 個中子；碳 13 則為其同位素，擁有 6 個質子和 7 個中子。氘含有 1 個質子與 1 個中子，而普通氫原子僅有 1 個質子、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、甲烷等有機分子里，都檢測到了碳同位素。

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

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

科學家結合銀河系演化模型，得以推算出它大致的形成時間。

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

若白矮星處于密近雙星系統中，它會不斷吞噬伴星的物質，最終在表面觸發熱核爆炸，這類爆發被稱為新星。新星爆發會大量生成碳 13。研究認為，銀河系誕生后的前 40 億年里，曾出現密集的新星爆發浪潮。3I/ATLAS 既含有少量重元素，又擁有極低的碳 13 相對豐度，說明它正是在這一階段形成，早于銀河系碳 13 豐度大規模累積的時期。

據此推算，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（單個或兩個），這便是科研人員所說的氘富集現象。3I/ATLAS 水體的氘氫比值，比太陽系原生彗星高出一個數量級。

這種高氘富集只會在特定環境中形成：當溫度低于絕對零度以上 30 開爾文（零下 243 攝氏度）時，水冰會富集氘。該低溫環境普遍存在于星際分子云，且重元素含量極低，進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。若以上研究結論成立，那么 3I/ATLAS 極有可能是銀河系最早一批行星系統遺留下來的古老殘骸。我們能否通過它窺探早期行星的奧秘？

彗星本質是冰質天體，通常誕生于行星形成盤的外圍區域。這里遠離年輕恒星的高溫，冰體不會被蒸發。在行星形成盤中，水分由氣態轉變為固態冰的分界線，被稱為雪線。

科迪納在接受《太空網》采訪時表示：“我們普遍認為，彗星物質代表著原行星盤雪線以外行星的構成基礎。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組成。”

目前，科學家仍在完善 3I/ATLAS 的完整化學成分圖譜，但現有研究已得出多項關鍵結論。

科迪納指出：“對比太陽系彗星，鮑里索夫彗星與 3I/ATLAS 都呈現出富碳的化學特征。這至少說明，它們的母行星系統中碳元素含量極為豐富。同時，3I/ATLAS 還富含水資源。”

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的冰塵顆粒上，曾發生過復雜的化學反應。這也意味著，在宇宙誕生的極早期，有機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，或許永遠無法揭曉。回溯其千萬年以上的運行軌跡幾乎毫無可能：它途經恒星時會受到引力擾動，軌道會發生持續偏移。

但年齡測算結果，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恒星在此誕生，太陽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。歐洲空間局蓋亞衛星對厚銀盤恒星的觀測顯示，厚銀盤始于 130 億年前，而薄銀盤形成時間晚得多，約 90 億年前才開始演化。若該時間線準確，3I/ATLAS 大概率源自厚銀盤恒星系統。

科迪納稱：“彗星的年齡越古老，這一可能性就越高。”

事實上，3I/ATLAS 年代太過久遠，孕育它的恒星系統或許早已消亡。它真的是行星形成遠古紀元留存下來的珍貴遺跡嗎？

這項研究成果目前尚未完成同行評審，相關預印本論文已對外公開。

參考資料：

• https://arxiv.org/pdf/2603.06911