作为太阳系早期遗留下来的原始天体，彗星保存着行星形成与迁移的重要信息，为太阳系的“时间胶囊”。然而，固体彗核通常被明亮而弥散的气体和尘埃彗发包裹，其真实尺寸的测量长期以来是行星科学中的一项难题。这一不确定性限制了人们对彗星数量规模、分布以及太阳系早期物质演化过程的认识。因此，解决彗核尺寸问题，不仅关乎单个天体的测量精度，更关系到对行星系统形成机制的整体理解。
近日，南京大学与中国科学院上海天文台联合团队在《自然•通讯》（Nature Communications）发表最新研究成果，提出一种基于人工智能的彗核尺寸反演方法。该方法结合近三十年的紫外观测数据，实现了对彗星尺寸的高效、可靠估计，并据此对早期太阳系结构提出了新的认识。
研究团队创新性地利用SOHO/SWAN获取的Lyman-α观测数据，引入深度学习模型分析彗星接近太阳时释放的水汽，并将其与彗核的物理性质直接关联，从而有效规避了彗发污染带来的难题。
论文第一作者，南京大学与上海天文台联合培养博士研究生赵舜景表示：“彗核的真实尺寸长期难以确定，因为其经常被自身的活动所掩盖。我们开发了基于深度学习的热物理模型ThermoONet，模拟彗星水冰升华的复杂热物理过程，计算效率较传统数值方法有数量级的提高，可以在大参数空间中搜索最优解，从而获得最符合观测数据的彗核尺寸。”
通过对28颗彗星的分析，研究团队发现一个有趣的现象：来自奥尔特云的长周期彗星，在相同绝对亮度下，其彗核普遍大于来自散射盘的短周期彗星(图1a、b)。这一结果挑战了长期以来“长周期彗星应比相同大小的短周期彗星更亮”的传统认识，表明现有彗星数量统计及外太阳系结构模型可能存在偏差。
通讯作者，中国科学院上海天文台研究员史弦表示：“如果长周期彗星的彗核尺寸实际上更大，那么我们可能低估了它们的数量，这直接关系到对奥尔特云和散射盘这两个外太阳系彗星体储库的认识。”
图 1 长周期彗星和短周期彗星的尺寸与亮度之间的关系。基于新的尺寸测量结果，研究发现，在相同亮度条件下，长周期彗星的彗核通常大于短周期彗星。这一更新后的关系表明，与散射盘相比，奥尔特云中的天体数量可能远高于以往估计。
进一步分析表明，奥尔特云的彗星数量可能比散射盘高近三个数量级(图1c)，显著超出现有行星迁移模型的预测值。这一结果暗示，早期太阳系可能经历了比传统模型更为“剧烈”和“动态”的演化过程。除巨行星迁移外，太阳系早期的外部扰动也可能发挥了重要作用。
通讯作者，南京大学副教授雷汉伦表示：“要形成如此庞大的奥尔特云，仅依赖经典的行星迁移模型是不够的。太阳系早期的‘恒星飞掠’(stellar flybys) 可能在物质重分布过程中扮演了关键角色。在太阳系诞生早期，附近恒星的引力扰动可能像一把 ‘扫帚’，将大量物质扫向了更遥远的奥尔特云，或者使得散射盘中天体流失。”
数值模拟表明，一次典型的恒星近距离飞掠可显著重塑原始外太阳系结构：约60%的原行星盘物质被抛射出太阳系，而剩余束缚天体中约30%被激发到大半长轴轨道，成为奥尔特云的潜在来源(图2)。这一过程可自然提升奥尔特云与散射盘的数量比，为观测推断的近三个数量级差异提供动力学机制。
图 2 一颗邻近恒星近距离掠过早期太阳系时所产生的影响。此次掠过可使大量小天体发生散射：其中一部分被完全抛射出太阳系（图中上方偏心率大于1的测试粒子），而另一部分则被推送至极远的轨道，成为奥尔特云的潜在成员（图中右下方偏心率小于1且半长轴大于1000的测试粒子）。
“我们的结果揭示了一个比以往认识更加动态和复杂的早期太阳系图景，这对理解太阳系和其他行星系统的形成与演化具有启发。”史弦表示：“人工智能技术正在成为推动这一研究方向的重要工具。”
未来，随着中国空间站巡天空间望远镜（CSST）等新一代空间望远镜观测能力的提升，以及Comet Interceptor等彗星原位探测任务的实施，有望获得更多关于彗星的一手资料，进一步验证相关模型，深化对太阳系及类太阳系行星系统早期演化机制的认识。
该成果以题《Deep learning-enabled size estimation of comets indicates a more dynamic early solar system》于2026年5月6日发表在国际期刊《自然•通讯》。2024级博士生赵舜景(南京大学和上海天文台联合培养)是文章第一作者，上海天文台史弦研究员与南京大学雷汉伦副教授为论文通讯作者，研究团队包括上海天文台许文韬研究员、史建春副研究员。
该项研究得到了国家自然科学基金重点项目的支持。
论文网址：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72646-8