柯伊伯帶是太陽系在位于海王星軌道以外的一個小行星帶，被認為是太陽系中行星形成的原始星子的遺跡，是太陽系大多數彗星的來源地。柯伊伯帶天體的研究對了解太陽系起源和演化、地球上水和生命起源等具有關鍵的科學意義。
柯伊伯帶天體大小不一、形狀各異。例如，羅塞塔號探測器發現彗星67P/CG是由南北兩個半球組成的極不規則的啞鈴型；新視野號發現迄今最遠的太陽系小天體Arrokoth呈現奇怪的扁平狀構型。究其原因，除了碰撞、物質吸積、自轉和重力場的共同作用以及飛越大行星時的潮汐撕裂等機制外，氣體揮發等彗核活動導致的物質損失和轉移過程也是致使其形狀改變的一個重要因素。
中國科學院紫金山天文臺研究人員與國際同行合作，在柯伊伯帶天體形狀形成和演化的研究方面取得新進展。該項研究以動力學軌道穩定的柯伊伯帶天體為主要研究對象，結合長期動力學演化模型、表面熱物理模型及太陽光照射驅動的氣體揮發過程，建立了首個研究彗核三維形狀在物質揮發活動作用下長期演化的數值模擬工具，考慮了三種均勻形狀（球形、細長形、扁圓形）和兩種特殊形狀（凹型和啞鈴型），并分別分析了軌道偏心率和揮發性氣體生產率曲線、凹型結構所造成的陰影和自發熱、彗核自轉軸等效應對彗核形狀演化的影響。探索了物質揮發活動對彗核形狀長期演化的作用，揭示了不同初始形狀條件下，彗核形狀演化與彗星的軌道、自轉等動力學參數的關系。結合數值模擬結果從理論上解釋了類似彗星67P/CG中物質損失的南北差異現象與軌道偏心率和揮發性氣體（CO、H-2-O等）生產率曲線之間的關系，并說明了此前的相關研究中所認定的大軌道偏心率只是充分而非必要條件。該研究中數值模擬工具所給出的一般性結論有助于揭示太陽系含冰小天體形狀的形成和演化歷史。
該研究結果發表于《英國皇家天文學會月刊》 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 492（2020）5152–5166)。該研究工作得到國家自然科學基金中德合作項目、面上項目，中科院空間科學先導項目和中科院行星科學重點實驗室等的資助。
