星際彗星3I/ATLAS的冰與海王星外天體相似，韋伯望遠鏡發現

從星際彗星 3I/ATLAS 流出的冰，和我們熟悉的彗星冰並不相同。詹姆斯・韋伯太空望遠鏡的光譜顯示出強烈的水冰訊號，但兩個通常伴隨出現的訊號幾乎消失；這種模式與環繞海王星極遠處運行的部分冰質天體相符。

這項吻合意義重大，因為 3I/ATLAS 誕生於另一顆恆星周圍。若它的冰粒與保存在太陽系邊緣的物質具有相同形態，構成行星的原始材料或許會以相似狀態自整個銀河系的行星形成盤中產生。研究作者將此視為一項有待檢驗的可能性，而非已定論的結果。

這支團隊由德州美國西南研究院的西爾維婭・普羅托帕帕（Silvia Protopapa）領導，發現彗星的彗髮——環繞彗核的氣體與塵埃雲——最能以混入塵埃的微小水冰粒子來解釋。每顆粒子的直徑約為 1 微米或更小，不到人類頭髮寬度的五十分之一。

普羅托帕帕表示：「星際彗星是在其他恆星周圍的氣體與塵埃盤中形成的小型冰質天體，如今正穿越我們的太陽系。」在此之前，已知的同類天體僅有兩個：沒有可見彗髮的奧陌陌，以及彗星 2I/鮑里索夫。

消失的兩道冰訊號

水冰會在紅外光中留下指紋。其中最深的是接近 3 微米的吸收帶；另外兩道較弱的吸收帶則位於約 1.5 與 2.0 微米，多數冰質彗星三者皆可見。在 3I/ATLAS 中，3 微米吸收帶非常強烈：在韋伯首次觀測時，於最深處使反射光減少 77%；最後一次觀測時則減少 94%。兩道較短波長的吸收帶則極為微弱或完全缺失。

普羅托帕帕說：「這種組合令人費解。強烈的 3 微米吸收帶指向彗髮中存在水冰；但較短波長的吸收帶微弱或不存在，表示這些冰並非我們通常在太陽系彗星中見到的形式。」

解釋在於光程長度。只有當光線在冰中行經很長距離時，較弱的吸收帶才會顯現；這就像一片薄薄的有色玻璃看來幾乎透明，厚玻璃塊卻會顯出顏色。在如此微小且塵埃含量高的粒子中，光線在散射返回前穿過的冰極少。較弱的吸收帶因而淡去，強吸收帶則得以保留。

韋伯如何三度讀取這顆彗星

這項計畫的首席研究員、NASA 戈達德太空飛行中心與美國天主教大學的馬丁・科迪納（Martin Cordiner）表示：「我們設計這項計畫，是為了在發現活躍的星際彗星那一刻立即就緒，並隨時間持續追蹤它。」

韋伯在八個月期間、彗星最接近太陽的前後，三度以近紅外光譜儀對準這顆彗星。在稜鏡模式下，它能一次記錄 0.6 至 5.3 微米的訊號，因此塵埃、冰與逸散氣體都會落在同一份光譜之中。

團隊只對第一次與第三次觀測進行建模。最接近太陽時取得的中間那次觀測，受到發光水蒸氣、有機分子、鎳原子與溫暖塵埃的干擾。

團隊將光譜與不同尺寸、不同成分粒子散射光線的模型比較。純冰粒子，以及混有碳或橄欖石的冰，不是過度預測了較弱吸收帶，就是無法重現強吸收帶。最符合資料的是混有輝石的冰；輝石是一種常見於岩石與隕石中的矽酸鹽礦物。至最後一次觀測時，隨著彗星遠離太陽，資料也要求另一群較大、富含冰的粒子，其尺寸仍約為 1 微米；此外，在接近 3.1 微米處還出現微弱特徵，與結晶冰一致。

不同於我們的彗星，卻像海王星外的天體

粒子尺寸並非 3I/ATLAS 與眾不同之處。哈特利 2 號彗星會釋放尺寸相近、近乎純冰的粒子；卡塔利娜彗星的冰粒模型中，塵埃比例最多為 1%。這顆星際彗星位於這條序列中塵埃含量最高的一端。

普羅托帕帕表示：「3I/ATLAS 的粒子大小與我們自己的彗星粒子大致相同。看似讓它們不同的，是有多少塵埃混入冰中。」

真正的意外來自海王星外天體：這些在海王星之外運行的冰質天體，被認為保存了太陽系誕生時期的物質。在韋伯 DiSCo 巡天為中型天體定義的光譜類別中，3I/ATLAS 的 3 微米吸收帶最像富含二氧化碳冰的一類，而那些天體同樣缺少強烈的 1.5 與 2.0 微米吸收帶。兩者的相似之處在水冰吸收帶，而非二氧化碳。

普羅托帕帕說：「乍看之下，3I/ATLAS 與我們所知的冰質彗星不同；但當我們將它與太陽系中遙遠的冰質世界並列，它便不再顯得格格不入。」

這項比較也能反過來看。對於那些遙遠天體類別而言，由於較弱的水吸收帶缺失，3 微米的凹陷過去多被歸因於有機化合物與甲醇。這顆彗星顯示，富含塵埃的水冰粒子本身便能產生相同形狀，因此其中部分訊號終究可能是水冰。

一顆彗星無法定論的事

這項結果建立在實驗室資料之上。模型需要水冰經測量的光學性質，而兩組標準資料集給出的吸收帶形狀明顯不同。作者無法判定這些冰在兩次觀測時是否皆為結晶狀態，或是從無序的非晶態轉變為晶體；他們呼籲針對不同溫度與相態下的冰進行新的實驗室測量。

兩次觀測之間的變化也有兩種解釋。論文第二作者、馬里蘭大學的麥可・凱利（Michael Kelley）表示：「我們目前還無法判斷，隨時間出現的變化，是因為太陽在每次觀測時以不同方式加熱粒子，還是彗星表面在接近太陽時遭侵蝕，暴露出了新的物質。」

彗髮中的粒子也不是彗核的直接樣本，並且可能是較大團塊的碎片。海王星外天體的表面歷經數十億年的輻射與撞擊改造，因此作者警告，不應將這種吻合解讀為具有相同誕生地的證明。其化學成分的其他差異顯示，形成 3I/ATLAS 的星周盤並非我們太陽系星周盤的複製品。較早的一項分析反而將這顆彗星與一類偏紅色、富含有機物的遙遠天體相比，因此該領域尚未形成共識。

接著還有樣本數量的問題。這只是一顆被觀測三次的星際彗星。

關於 3I/ATLAS 與其冰的常見問題

3I/ATLAS 是什麼？

它是第三個確認自星際空間進入太陽系的天體，也是一顆具有彗髮與彗尾的真正彗星。其開放的雙曲線軌道意味著它永遠不會回來。它在最接近太陽時從地球與火星軌道之間通過，從未接近地球。

3I/ATLAS 含有水嗎？

有。韋伯已在其彗髮中探測到水蒸氣與水冰。它的二氧化碳含量也異常豐富：韋伯首次觀測時，彗髮中的二氧化碳約為水的八倍，是彗星中測得最高的比例之一。

什麼是海王星外天體？

它們是在海王星之外繞太陽運行的冰質天體，距離超過約 30 倍地日距離；這個族群包括冥王星。它們在數十億年間保持低溫，保留了行星如何形成的線索。

3I/ATLAS 有多古老？

沒有人知道。根據它的速度與方向，一項研究估計，若它來自銀河系由老年恆星組成的厚盤，其年齡介於 76 億至 140 億年之間，這將使它比 46 億年歷史的太陽系更古老。該估計屬於統計推算，不是測量結果。

下一步是什麼

這顆彗星於 2025 年 7 月 1 日由智利里奧烏爾塔多的 ATLAS 巡天望遠鏡發現。韋伯分別在 2025 年 8 月 6 日、2025 年 12 月 22 日與 2026 年 4 月 1 日觀測它；當時它距太陽分別為 3.3、2.4 與 5.7 倍地日距離。它最接近太陽發生於 2025 年 10 月 29 日，距離為 1.36 倍地日距離。這篇論文於 2026 年 10 月 26 日發表在 The Astrophysical Journal Letters，由來自美國與歐洲的 15 名研究人員共同署名。

對太陽系彗星進行更多韋伯觀測，以及未來新發現的星際訪客，將檢驗 3I/ATLAS 是否具有代表性。薇拉・魯賓天文台的十年天空巡天已於 2026 年 6 月展開，預計將發現更多此類天體。明天正好是 3I/ATLAS 繞過太陽滿一周年，而它已踏上離開太陽系的路途。它所攜帶的冰，看來沒有最初想像的那麼陌生。

參考資料：Protopapa et al., “JWST Reveals Refractory-rich Water Ice in Interstellar Comet 3I/ATLAS: Evidence for a Continuum of Grain Properties across Protoplanetary Disks,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aea60d

標籤: 天文學, James Webb Space Telescope, 3I/ATLAS, 海王星外天體, 彗星, 星際天體