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C/2014 UN271 (伯納迪內利–伯恩斯坦)

C/2014 UN271（伯纳迪内利–伯恩斯坦），简称为C/2014 UN271或伯纳迪内利–伯恩斯坦彗星（昵称为BB）[2]，是天文学家佩德罗·贝尔纳迪内利和加里·伯恩斯坦在暗能量巡天的档案影像中发现的一颗巨大的奥尔特云彗星[10][1]。在2014年10月首次发现其影像时，该物体与太阳的距离为29 AU（4.3 × 109 km；2.7 × 109 mi），几乎与海王星的轨道一样远，并且是发现时距离太阳最远的一颗彗星[11]。它的核直径至少为120 km（75 mi），是已知最大的奥尔特云彗星。它正在接近太阳，并将在2031年1月到达其近日点，届时距离为10.9AU（仍在土星轨道之外）[7]。因为它不会进入内太阳系，因此肉眼依然看不见它[g]。

C/2014 UN271
（伯纳迪内利–伯恩斯坦）
2022年1月8日由哈勃空间望远镜于2022年1月8日拍摄的C/2014 UN271。
发现
发现者
发现日2014年10月20日
（发现的第一张影像）
临时编号
  • 2014 UN271
  • 伯纳迪内利–伯恩斯坦彗星[1]
  • "BB"[2]
轨道特性考
历元
  • 1600年1月1日（入境）[a]
  • 2500年1月1日（出境）[b]。
观测弧长7.50年（2,740日）
观测次数133[6]
远日点≈ 39,300 AU（入境）
≈ 54,300 AU（出境）
近日点10.9502 AU（1.64 × 109 km）[5][c]
半长轴≈ 19,600 AU（入境）
≈ 27,200 AU（出境）
离心率0.99942（入境）
0.99960（出境）
周期≈ 275万年（入境）
≈ 447万年（入境）
轨道倾角95.466°（入境）
95.460°（出境）
蒂塞朗参数–0.398[7]
与木星轨道相交
最小距离		6.173 AU[7]
彗核尺寸119±15[e] to 137±17 km[9]
彗核反照率0.033±0.009至0.044±0.012[f]
彗星整体星等
（M1）		6.2±0.9[7]
彗核星等
（M2）		8.63±0.11[8]
下次近日点
日期		≈ 23 January 2031年1月23日[d]

观测史

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发现

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暗能量巡天于2017年10月拍摄的C/2014 UN271的彩色复合图像。

C/2014 UN271是天文学家佩德罗·伯纳迪内利（Pedro Bernardinelli）和加里·伯恩斯坦（Gary Bernstein）在算法协助搜索缓慢移动的海王星外天体时，从托洛洛山美洲际天文台暗能量巡天（DES）的档案图像中发现的[12]。它在2014年10月10日至2018年11月26日的42张DES影像中，检测到当时视星等仅有22等的彗星[2]。DES影像的长观测弧显示，尽管该天体在影像中看起来像小行星（点状），但该天体是以近似抛物线轨道朝向太阳接近中，这意味着它起源于奥尔特云[2][13]。在DES首次检出的影像中，该物体位于南天星座玉夫座，与太阳的距离为29.0天文单位（4.34 × 109千米；2.70 × 109英里），已在海王星的轨道内侧[14][1]。从它的距离来看，该物体相对较高的亮度表明其直径必须在100 km（62 mi）的数量级上，对来自彗星起源地的物体来说，这是一个非常大的尺寸[2]。

这一发现于2021年6月19日由小行星中心宣布，该天体的临时名称是小行星 2014 UN 271[10][h]。对于2014 UN271这名称，2014年是拍摄第一张发现影像的时间，U是发现的那半个月（10月下旬），N271是该半月发现的第6788颗（N271=271*25+13）。该天体引起了全世界天文学家的极大关注：天文学家进行了后续观测，并在宣布后的几天内发现了几个回溯发现[16]。回溯发现最早的 2014 UN 271观测结果是来自帕拉纳天文台的可见光和红外巡天望远镜于2010年11月15日拍摄的影像，当时该天体距离太阳34.1天文单位（5.10 × 109千米；3.17 × 109英里）[2]。

彗星活动

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2021年6月22日， 拉斯坎布雷斯天文台（英语：Las Cumbres Observatory]]]）的天文学家Tim Lister（英语：Tim Lister (astronomer)），使用南非天文台位在南非萨瑟兰附近的观测站，由卢卡·布兹设在纳米比亚的远程望远镜SkyGems，首次报导了 2014 UN 271的彗星活动。观测结果发现这颗彗星比预测的要亮一个星等，稍不对称的彗发宽度高达15弧秒[17][16]。当时，彗星与太阳的距离为20.2天文单位（3.02 × 109千米；1.88 × 109英里）[17]。2021年6月24日，小行星中心证实了彗星活动的观测，彗星正式彗星的命名为C/2014 UN271（Bernardinelli–Bernstein）[16][i]。

对NASA的凌日系外行星巡天卫星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS）存档影像的分析表明，早在2018年9月，在距离太阳23.8天文单位（3.56 × 109千米）的观测中，C/2014 UN271就有一个广阔的、弥漫的彗发，宽度至少为43弧秒[2][19]。在2018年至2020年的TESS观测期间，彗星的亮度显著增加了1.5个星等，这可能是持续活动而非自发爆发的结果[2][20]。

对其他望远镜数据集的重新检查也发现了从2017年开始的DES图像（在25.1天文单位）和泛星计划从2019年开始的图像（在22.6天文单位）中，都有弥漫性和明显不对称的彗发。C/2014 UN271的彗发亮度自2017年以来呈指数级增长，而彗星的整体亮度在2014-2018年保持稳定，暗示在29.0天文单位发现这颗彗星发现之前，彗星的活动可能已经开始了[2][19]。从如此大的日心距观测到彗星活动是罕见的，迄今只有另外三颗彗星：海尔-波普彗星（27.2天文单位出境）[21]，C/2010 U3 (Boattini)（英语：C/2010 U3 (Boattini)）（25.8 AU入境）和C/2017 K2 (泛星彗星)（24.0 AU入境），曾经被观察到在日心距离大于20天文单位处表现出活动[2][20]。截至2022年 (2022-Missing required parameter 1=month!)，C/2014 UN271 保持着太阳系中发现彗星的最大距离的记录[11]。

哈勃空间望远镜于2022年1月[8]和2022年3月[22]观测到 C/2014 UN 271。

2021爆发

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据9月14日报导，拉斯坎布雷斯天文台在2021年9月9日，检测到 C/2014 UN 271的明显爆发。与当天早些时候拍摄的影像相比，它变亮了0.65星等，达到了18.9等。基于这种增亮的计算表明10至100 × 106千克（11至110 × 103 short ton）的灰尘在爆发期间被喷出[23]。当时，这颗彗星与太阳的距离是19.9天文单位（2.98 × 109千米；1.85 × 109英里）[24]。到2021年12月，这颗彗星的亮度已经下降到19等[6]。

掩星

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通过对C/2014 UN 271轨道和星历的精确计算，发现2021-2025年间彗星几乎没有潜在的掩星事件，在此期间，彗星只会经过一颗明亮的恒星前面，并短暂遮挡恒星的光线[25]。观测这些掩星事件将有机会精确量测彗星的大小和位置，并搜索周围的尘埃和可能的卫星[26]。2021年9月19日，澳大利亚和新西兰首次尝试观测其中一次掩星，但由于天气条件恶劣而失败[25]。

可见性

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从地球上看 C/2014 UN271在天空上的路径。这颗彗星目前正在南半球移动，将于2032年穿过天球赤道（黄色垂直线）。彗星路径中的视运行环（英语：Apparent retrograde motion）是由地球围绕太阳的周年运动引起的。

目前，C/2014 UN271的位置在天球赤道南方的赤纬−47°，很适合在南半球进行观测。即将于2023年开始运作的薇拉·鲁宾天文台将监测其彗星活动的演变[1][13][27]。因为彗星不会进入内太阳系，因此这颗彗星不会变得更加活跃。预计彗星一旦到达近日点，不会比冥王星（视星等13–16）更亮，而且可能只会达到冥王星卫星冥卫一（视星等16.8）的亮度[28][29][30]。即使它达到冥王星的视星等，也需要大约一架200 mm望远镜才能看到[31]。

彗核性质

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大小和质量

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已知最大彗星的大小和颜色比较，包括矮行星冥王星和卫星米玛斯、佛波斯的尺度。C/2014 UN271是已知的第二大彗星，仅次于95P/开朗。

2021年，通过阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列（ALMA）进行的无线电波和热辐射的量测估计 C/2014 UN 271彗核的最大直径为| 137±17公里（85±11英里）（假设看不见的尘埃、彗发对彗核的热辐射污染可以忽略不计。）[9]。ALMA的量测没有排除尘埃与彗发污染彗核热辐射高达24%的可能性，因此实际直径很可能更小[8]。在2022年，在设定尘埃与彗发对彗核污染的最大值下，哈勃空间望远镜对 C/2014 UN 271的观测证实其最大尺寸下限为119±15公里（74±9英里）。

即使在估计的最小直径下，C/2014 UN271也是发现的最大奥尔特云彗星，比直径小于2 km（1.2 mi）的典型彗星大50多倍。之前已知的最大长周期彗星是C/2002 VQ94 (LINEAR)（英语：C/2002 VQ94 (LINEAR)），直径为96 km（60 mi）[32]，其次是海尔-波普彗星，直径为 74 km（46 mi）[9][27][j]。唯一已知大于C/2014 UN271的彗星是活跃的半人马小行星95P/开朗，其直径约为215 km（134 mi）[9]。

媒体称C/2014 UN271 一颗“巨型彗星”[27][34]，有些人甚至声称它可能是一颗矮行星[29][35][36]。 然而，C/2014 UN 271远远低于流体静力平衡的400—1,000 km（250—620 mi）直径阈值；因此它的质量不足以通过自身引力变成球形，所以它不可能是矮行星[37][38]。此外，以C/2014 UN271彗核的大小，具有1 g/cm3以下的低密度；表明与矮行星的固体和分化的内部相比，其结构具有高度多孔性[37]。

C/2014 UN271的质量和密度虽然尚未测量[2]，NASA粗略估计其质量为450 × 1015千克（500 × 1012 short ton），大约是典型彗星的10万倍[39]。

反照率和颜色

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艺术家对伯纳迪内利–伯恩斯坦彗星的想象。

根据其距离和视星等计算得出，没有彗发的C/2014 UN271彗核，在视觉（V波段）上的绝对星等为8.63±0.11[8]。以给定最小的估计直径（119公里）和绝对星等，计算出彗核具有非常低的视觉几何反照率，上限值为4.4%±1.2%，这意味着它仅反射4.4%±1.2%的可见光，使其表面比煤更暗[39]。对于最大估计直径（137公里），彗核的最小反照率为3.3%±0.9%[8]。C/2014 UN271的低反照率也是短周期和长周期群体的小彗星核的特征，表明太阳系彗星的反照率、核大小和轨道类型之间缺乏相关性[9]。彗星核的低反照率通常归因于宇宙线解离分子在核表面产生的碳、有机化合物和硫化物的沉积[9][40]。

对C/2014 UN271在其进入太阳系路径中进行的光学观测表明，其核对较长的波长似乎更具反射性，表明其呈中等红色（尽管红色略低于），与大多数长周期彗星相似[2][9]。由于彗星活动，预计C/2014 UN271彗核的反照率和颜色会随着时间的推移而改变，特别是在通过近日点后温度降低时；它的核质量足够大，可以在引力作用下将凝华的冰冷喷射物重新捕获到其表面，这会与海尔-波普彗星通过近日点后观察到的情况类似[9]。

自转

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因为它的亮度没有显示出任何显著是因为自转而变化的周期，因此C/2014 UN271的自转周期仍是未知的。TESS在2018年和2020年进行的连续观测没有发现C/2014 UN271的光变曲线有周期性变化的迹象，为彗核的振幅变化设定了0.3星等的上限[41][20]。对2018年及之前的地面望远镜数据集的分析显示，C/2014 UN271核的绝对星等有0.2等的明显变化，但由于数据稀疏，不能确定出任何的周期性。其它因素，如小规模的尘埃爆发，尚未被排除，也可能有助于这种绝对星等的变化，这意味着核的真正自转变化甚至可能小于0.2星等[2]。反之，如果这种变化完全是由彗核的自转引起的，那么彗核必须是近似球形的，或者旋转轴的指向是朝着地球[2][20]。

彗星属性

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C/2014 UN271的彗发在20–25AU时指数型的增亮，与来自彗核表面冰冻的二氧化碳（CO2）或氨（NH3）升华产生的指数增亮一致[2]。较不丰富的挥发成分物质，如一氧化碳（CO）可能存在于C/2014 UN 271中，并可能对其远距离活动起到额外作用，但它们的排放仍有待检测[2]。 2020年11月， NEOWISE以红外线观测，没有检测到来自在C/2014 UN271释出的CO气体；但在相同的日心距离下，20.9天文单位， CO排放速率的上限约为海尔-波普彗星的10倍[20]。

对2018-2020年TESS影像中C/2014 UN271彗发形状的分析表明，彗发由次毫米级尘埃颗粒组成，以范围在10 m/s（33 ft/s）的低速喷射在附近，这表明彗星在2018年前2至10年间变得活跃[20][8]。根据2022年1月哈勃观测到的彗发亮度，在20天文单位的C/2014 UN271正在以大约1,000 kg/s（1.1 short ton/s）的速度损失质量；与海尔-波普彗星在这个距离上的相似[8]。

轨道和起源

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C/2014 UN 271以近抛物线轨道垂直穿过外太阳系的轨迹图。

C/2014 UN271来自奥尔特云，自2014年3月以来一直在海王星（29.9AU）轨道内，并将于2022年9月进入天王星（18.3AU）轨道内[k][14][42]。近日点通过时间自2021年6月以来一直广为人知[5]。目前，彗星距离太阳的3-sigma不确定性为±60,000公里[14]。

奥尔特云彗星接近和远离太阳的轨道周期，受到行星摄动导致的轨道变化永远不会完全相同。对于奥尔特云彗星来说，在行星区域内定义的轨道可能会产生误导性的结果。因此，应该在进入行星区域之前和离开行星区域之后，分别计算接近和远离的轨道。使用几年来经由数十次观测的观测弧，C/2014 UN271的轨道是可靠的[l] ，根据喷气推进实验室线上历书系统的计算，它在1,600年的进入轨道半长轴为20,000 AU（0.3 ly）[3]。这表示 C/2014 UN 271大约于140万年前处在奥尔特云中的最远距离（39,000 AU（0.6 ly））[3][a][m]。它将在2031年1月23日左右到达近日点（最接近太阳），距离10.95天文单位（1.638 × 109千米；1.018 × 109英里）[5]，就在土星轨道的远日点（10.1天文单位之外[5][42]。它将于2031年4月5日最接近地球，距离在10.1天文单位（1.51 × 109千米；0.94 × 109英里）左右[43]。它将于2033年8月8日越过黄道面，此时它与太阳的距离远达12.0 AU[44]。它离开太阳（出境）的轨道周期将约为450万年，远日点距离约为54,000 AU（0.9 ly）[3]。在奥尔特云中，该物体与寿岛太阳约束的引力非常松散，并受到星系潮汐摄动的影响[45]。

像C/2014 UN271这样的大型长周期彗星很少被发现，这是因为一种被称为"衰退"的现象：在围绕太阳运行的束缚轨道上的彗星，在每一次近日点的活动中周期性地失去质量和挥发性成分，导致其大小、亮度和活动性随着年龄的增长而逐渐减小[46][27]。这进一步证明 C/2014 UN 271是一颗动态的新彗星[46]。

来自外层奥尔特云的彗星
彗星 以1600年历元入境的质心轨道远日点
（天文单位） 		以2500年历元出境的质心轨道远日点
（天文单位）
C/1980 E1 (Bowell) 74,000 双曲
C/1999 F1 (Catalina) 55,000 66,000
C/2003 A2 (Gleason) 47,000 15,000
C/2006 P1 (McNaught) 67,000 4,100
C/2010 U3 (Boattini) 34,000 9,900
C/2011 L4 (PanSTARRS) 68,000 4,500
Comet ISON 双曲 双曲
C/2013 A1 (Siding Spring) 52,000 13,000
C/2013 US10 (Catalina) 38,000 双曲
C/2014 UN271 (Bernardinelli–Bernstein)[3] 39,000 54,000
C/2017 K2 (PanSTARRS) 46,000 1,800
C/2017 T2 (PanSTARRS) 74,000 2,900

勘探

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截至2022年 (2022-Missing required parameter 1=month!)没有对 C/2014 UN 271提出任务建议，也没有任何即将进行的任务可以针对该彗星进行探勘。欧洲空间局即将进行的彗星拦截器任务将于2029年发射，并在地球轨道内对一颗长周期彗星进行飞越，但由于C/2014 UN271的近日点距离遥远，将无法前往[47]。

根据星际研究倡议协会在2021年的一项研究，在2022-2029年的9月至10月期间，每年都可以有一个直接飞往C/2014 UN271的低能轨道飞越任务最佳发射窗口，与地球的最大速度差为20公里/秒。在所有情况下，当C/2014 UN271在2033年8月以距离太阳11.9AU的距离穿过黄道面时，是最理想的时间，让航天器将能以12-14公里/秒的相对速飞越彗星[48][49]。或者，可以在2020-2027年和2034-2037年发射，利用木星进行重力助推和奥伯思机制的组合，飞行到C/2014 UN271进行探测。后一个窗口内的发射可以在完成1:1地球共振轨道后，利用地球飞越木星，这将显著降低地球发射时的特征能量（Characteristic energy），并可以在黄道上方抵达目标[48]。利用内行星连续的重力助推和轨道共振，进行飞越轨道也是可能的，但2028年之前的发射日期提供了最理想的遭遇组合，即2033年晚些时候的时间抵达彗星[48]。

虽然彗星几乎垂直于黄道的轨道使得任何从黄道直接会合的轨道都不可行，但到C/2014 UN271的交会轨道已被考虑[49]。尽管如此，在彗星越过黄道后，与C/2014 UN271的交会可以在木星重力助推下进行，最佳发射日期为2030-2034年，飞行持续时间约为14-15年[48]。

相关条目

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注释

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  1. ^ 1.0 1.1 历元1600年1月1日，轨道周期为"PR = 1.00E+09 / 365.25日" = 〜275万年[3]。1600年，这颗彗星距离太阳仍有310 AU，尚未进入太阳系的行星区域[4]
  2. ^ 历元2500年1月1日，轨道周期为"PR = 1.63E+09 / 365.25日" =〜447万年[3]。在2,500年，这颗彗星距离太阳328 AU，将离开太阳系的行星区域[4]
  3. ^ The 3-sigma uncertainty in the perihelion distance is ±76,000 km.[5]
  4. ^ Perihelion passage: Since perihelion has not yet occurred and the orbit is highly eccentric, an epoch closer to 2031 will give a more accurate estimated perihelion date that better accounts for continuing planetary perturbations. The JPL SBDB's epoch 2016 unperturbed two-body solution (Sun+comet) gives a date of 2031-Jan-21. But properly integrating the orbit with JPL Horizons to perihelion passage accounts for all planetary perturbations and gives a date of 2031-Jan-23.[5] 引用错误：带有name属性“perihelion”的<ref>标签用不同内容定义了多次
  5. ^ The uncertainty in C/2014 UN271's thermal emission-derived diameter largely comes from the unknown level of thermal contamination by cometary dust surrounding the nucleus. The lower-limit estimate 119±15 km assumes maximal dust contamination, while the upper-limit estimate 137±17 km assumes negligible dust contamination.[8]
  6. ^ As with the case of C/2014 UN271's thermal-derived diameter, the uncertainty in C/2014 UN271's visual (V-band) geometric albedo largely comes from the unknown level of thermal contamination by cometary dust surrounding the nucleus. The lower-limit albedo 0.033±0.009 is calculated from the upper-limit diameter assuming negligible dust contamination, while the upper-limit albedo 0.044±0.012 is calculated from the lower-limit diameter assuming maximal dust contamination.[8]
  7. ^ Even though they have a large nucleus, comets such as C/2014 UN271 (137 km) at 11 AU, 95P/Chiron (215 km) at 8 AU, and C/2002 VQ94 (96 km) at 7 AU do not become visible to the naked eye because they stay outside of the inner Solar System. Comet Hale-Bopp (74 km) was visible to the naked eye as it passed within 1 AU of the Sun.
  8. ^ The provisional designation of a minor planet indicates its discovery date and order.[15]
  9. ^ 在官方的彗星的命名中，前缀的"C /"表示非周期性轨道，附加的姓氏称许彗星的发现者。[18]
  10. ^ 1729年大彗星（C/1729 P1）也是一颗直径可能高达100 km（62 mi）的大型彗星，但这一估计非常不确定[33]。
  11. ^ 这些行星的轨道是偏心的，所以行星轨道内的日心距离小于其近日点，而行星轨道外的日心距离大于其远日点。
  12. ^ JPL 1定义在历元"2021年7月1日"的（4年弧），得到远日点（Q）=14,300 AU，周期=604,000年。 current orbit定义在历元"2021年7月1日"的（6年弧），也得到远日点（AD）=14,200 AU，和周期= ~600,000年。解决方案基本上是相同的。
  13. ^ 然而，像C/2014 UN271这样一颗束缚松散的长周期彗星，是以最早进入太阳系行星区域的那一年来定义历元，喷射推进实验室小天体数据库可能会显示一个误导性的日心轨道解决方案，该解决方案不会显示真实的接近或远离太阳的轨道周期或真实的远日点距离[7]。当使用太阳系质心作为其参考系，在离开行星区域之前和/或之后的那个历元计算密切轨道时，可以获得长周期彗星正确的轨道。使用1600年（入境）和2500年（出境）的历元将产生更有意义的结果[3]。

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引用错误：在<references>标签中name属性为“epoch2100”的参考文献没有在文中使用

参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Kocz, Amanda. Giant Comet Found in Outer Solar System by Dark Energy Survey. NOIRLab. 25 June 2021 [25 June 2021]. （原始内容存档于2021-07-10）. 
  2. ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 Bernardinelli, Pedro H.; Bernstein, Gary M.; Montet, Benjamin T.; Weryk, Robert; Wainscoat, Richard; et al. C/2014 UN271 (Bernardinelli–Bernstein): The Nearly Spherical Cow of Comets. The Astrophysical Journal Letters. November 2021, 921 (2): 14. Bibcode:2021ApJ...921L..37B. OSTI 1829535. S2CID 237581632. arXiv:2109.09852  . doi:10.3847/2041-8213/ac32d3  . L37. 
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