2014年1月8日,世界标准时间17:05:34,一块来自太空的米级岩石划过巴布亚新几内亚马努斯岛海岸的天空,燃烧并释放出相当于约110公吨TNT炸药的能量,碎片如雨点般落入太平洋深处。类似大小的火球在地球天空中并非罕见现象;事实上,每年都会发生几十次。但这个特殊流星的引人注目之处在于它遭遇我们星球的极高速度和不寻常方向,这共同表明它来自星际空间。
美国政府一颗旨在探测外国导弹发射的机密卫星上的传感器是唯一已知的火球目击者。由于国防部和NASA之间的合作,描述该事件的数据最终在空间机构喷气推进实验室的近地天体研究中心(CNEOS)托管的公共数据库上共享,同时还提供了美国政府传感器在1988年至今日期间记录的900多个其他火球的数据。这些事件的数据包括日期、时间、纬度、经度、海拔、速度、三维速度分量和能量。值得注意的是,数据库中省略了大多数测量的误差范围——据推测是为了确保不泄露美国全球传感能力的精度阈值,因为这些信息可能会被对手利用。
我参与研究这颗流星可以追溯到2019年4月,当时我在哈佛大学的学术顾问、天体物理学家阿维·勒布将CNEOS火球目录引起了我的注意。当时,我和他已经研究了关于“奥陌陌”的数据大约八个月,“奥陌陌”是2017年10月被确认为第一个已知的太阳系星际访客的天体。由于“奥陌陌”起源于太阳系之外,它的每一个属性,包括它的被探测到,都传递了以前无法获得的关于我们宇宙邻域的信息。考虑到星际访客所携带的丰富知识,勒布和我一直在思考寻找其他访客进行研究的可能性,而CNEOS数据似乎很有希望。几天之内,我就确定了2014年马努斯岛火球是一个潜在的星际流星候选者。然后,勒布建议我利用撞击速度,结合太阳系中小天体种群运动学的知识,来估计它起源于太阳系以外其他地方的可能性。考虑到这种方法,我提出了一种更精确的方法来推导天体的轨迹,该方法考虑了太阳及其行星的引力影响。勒布同意了我的提议,我迅速开始工作。
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在地球与太阳的距离上,任何移动速度超过约每秒42公里的物体都处于相对于我们恒星的无界双曲线轨道上,这意味着它的速度太快,无法被太阳的引力捕获。那么,任何移动速度快于这个局部天体速度极限的物体,都可能来自(如果不受阻碍,应该返回)星际空间。CNEOS关于2014年马努斯岛火球的条目表明,这颗流星以大约每秒45公里的速度撞击地球大气层——非常有希望。然而,其中一些速度来自于物体相对于地球的运动及其围绕太阳的运动。在我编写的计算机程序的帮助下,我梳理了这些影响,发现该物体在撞击我们的大气层之前从后面赶上了地球,并且它相对于太阳的速度可能更接近每秒60公里。我计算出的相应轨道显然不受太阳的束缚——即使存在很大的不确定性误差。如果数据是正确的,那么这个事件将是第一个被发现的星际流星。而且它就隐藏在眼皮底下。
当然,非凡的主张需要非凡的证据。因此,勒布和我对机密卫星的测量误差进行了逆向工程估算,使用了CNEOS数据库和科学文献中其他火球的独立验证数据。经过这项艰苦的现实检验,我们得出了同样令人震惊的结论:2014年的火球显然起源于星际空间。很快,我们起草了一篇论文,报告了我们的发现,以供同行评审发表。
期刊审稿人对误差范围的未知性质表示怀疑,因此我们争取到了洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家艾伦·赫德和马特·海夫纳的帮助,他们拥有高级别安全许可,并且有兴趣促进与公共部门的合作,以实现蓝天科学。海夫纳联系了那位匿名分析师,他从机密卫星观测中推导出了流星的速度分量,并证实每个值的相关不确定性都不高于10%。将其代入我们的误差分析,这意味着星际起源的可能性为99.999%,但该论文再次被审稿人拒绝,他们对不确定性声明来自与一位匿名美国政府雇员的私人通信,而不是美国政府的官方声明这一事实提出了异议,而海夫纳很难获得官方声明。在多次进一步尝试穿透保密面纱以满足期刊审稿人的要求失败后,我们遗憾地转向了其他研究,让2014年流星的真实性质未得到证实。
然而,一年后,突破奖基金会主席皮特·沃登与我们联系,介绍了当时在国防部长办公室工作的马特·丹尼尔斯。丹尼尔斯阅读了我们关于2014年流星的预印本论文,并希望帮助我们从美国政府内部确认其起源。经过一年费力地 navigating 政府官僚机构的多个层面,在2022年3月/4月,丹尼尔斯成功地从美国太空部队副司令约翰·肖中将和该部门太空作战司令部首席科学家乔尔·莫泽那里获得了相关不确定性的官方确认——从而有效地确认了这颗流星确实起源于星际空间。
在我们最初发现三年后,第一个被观测到撞击地球的太阳系外物体——第一个已知的星际流星——被正式认可。2014年的流星也是有记录以来在太阳系中探测到的最早的星际物体,比“奥陌陌”早了三年多,并且是迄今为止确认的三个星际物体之一,另外两个是“奥陌陌”和星际彗星鲍里索夫。
2014年物体的星际性质带来了令人着迷的后果。它的大小意味着每颗恒星在其生命周期中需要贡献大量类似的物体,才能使2014年的探测成为可能——这表明还有更多的星际流星有待发现。它相对于我们邻近恒星平均速度的高速度表明,它可能从另一个行星系统的深处被喷射出来,相对靠近其恒星。这令人惊讶,因为人们会天真地期望大多数星际物体反而起源于更遥远的星周区域,那里的逃逸速度较低,即存在于许多恒星系统外围的彗星云。
这个新领域,星际流星的研究,肯定有很多东西可以告诉我们关于我们在宇宙中的位置。进一步研究2014年流星的观测特性,可能会揭示关于我们当地星际环境的新见解,特别是当与它的后继者“奥陌陌”和鲍里索夫的特征进行比较时。流星数据库已为后续搜索做好准备,并且存在建立新的传感网络的新的动力,重点是探测未来的星际流星。实时观察星际流星的燃烧将允许研究其成分,可能产生对其他行星系统化学成分的新颖见解。
星际物体研究的圣杯将是获得起源于太阳系以外的物体的物理样本——这是一个既大胆又具有科学突破性的目标。我们目前正在调查前往马努斯岛海岸外太平洋海底的任务是否可能找到2014年流星的碎片,是否富有成效甚至可行。未来发现的任何足够大的星际流星也应该产生碎片雨,科学家们可能会追踪并分析这些碎片。当然,还有另一种获取样本的方法,作为伽利略项目星际物体研究主任,我很高兴也能追求这种方法:航天器交会。我们与NASA“新视野”号任务的首席研究员艾伦·斯特恩合作,已获得资助,以开发未来前往某个星际物体的太空任务的概念。
就像奇异的贝壳一样,这些来自星星的信使已经在我们的行星海滩上冲刷了数十亿年,每一个都携带着关于它们——以及我们——宇宙起源的秘密。现在,我们终于开始梳理海岸线。