去年秋天,一位意想不到的“外地来客”在太阳系中划过一道微弱但令人难忘的轨迹。 “奥陌陌”(它后来的名字)从未知之处俯冲太阳,并被观测到以轨道路径飞掠地球,这条路径将把它带回星际空间。这为天文学家提供了一个短暂的、有史以来第一次研究来自另一颗恒星的天体的机会。
作为一次独特的事件,“奥陌陌”令人满意地怪异:可能由岩石或金属构成,呈红色,不像彗星那样充满气体,并且拉伸成极细长的形状。为了以防万一这个访客是具有人造起源的探测器,“突破聆听”项目和SETI研究所的科学家甚至检查了它是否正在广播无线电波。(它没有。)很快,这个高速飞行的物体就超出了我们最好的望远镜的观测范围。
与“奥陌陌”的相遇,虽然短暂,但仅仅是天文学一个全新的新兴子领域的冰山一角:将星际物体作为一个群体来研究——这是理论家以前只能梦想的事情。“奥陌陌”的教训现在正迫使行星科学家和天文学家以新的眼光重新审视太阳系,并预示着我们下一个访客的到来。
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对于马德里康普顿斯大学的卡洛斯·德拉富恩特·马科斯和他的同事来说,“奥陌陌”的经过引发了一个直接的问题。它的轨道路径是双曲线的,沿着一条从太阳系扫向无限远的曲线,而不是像椭圆那样自身闭合。除了星际访客外,当地的彗星和小行星也可能因太阳或行星的引力调整而被弯曲成双曲线路径,从而逃离太阳系。天文学家可以排除“奥陌陌”的“本地”起源,因为它飞行速度太快,并且与太阳系的行星不对齐,不可能是来自星际空间以外的任何地方。不过,马科斯想知道,在天文学家过去观测到的所有双曲线物体中,是否可能潜伏着其他类似“奥陌陌”的物体。
在2月6日发表在《皇家天文学会月刊》上的一封信中,马科斯和他的合作者考虑了339个已知的双曲线物体,使用计算机模型将它们的轨道倒退回10万年前。在速度最快的入射物体中,他们发现了来自双子座星座天区的星团;他们推测,这些物体可能是大约7万年前被附近的舒尔茨恒星近距离遭遇从外太阳系踢入内太阳系的本地物体。但马科斯的团队还确定了八个可能的星际入侵者,它们的入射速度似乎与众不同,包括2013年备受瞩目的ISON彗星。
然而,与“奥陌陌”一样,这些候选者都冲入内太阳系,然后又冲出内太阳系,很快就超出了望远镜的观测范围——而且没有一个被作为潜在的星际起源物体进行研究。“我们工作中引用的候选者属于过去,因此它们可能在未来无法被观测到,”马科斯说。
希望是激发其他人在过去的巡天观测中进行搜索,以进一步审查这些候选者的轨道路径,或者可能找到更多。“这正是‘奥陌陌’引发的一系列活动和讨论,这在科学上非常有价值和令人兴奋,”耶鲁大学的天体物理学家格雷格·劳夫林说,他撰写了多篇关于太阳的第一个星际访客的论文。
另一方面,在最近的一项研究中,哈佛-史密森天体物理学中心的马纳斯维·林加姆和艾维·勒布表明,“奥陌陌”的访问不仅意味着其他星际移民正在穿越,而且意味着数千个已经在这里定居。在所有从银河系各地撞击太阳系的弹丸中,一些应该会被太阳和木星之间引力相互作用减速并捕获。林加姆和勒布说,这种效应使太阳系成为一种捕捉星际深渊居民的“渔网”,这提高了来自其他恒星的物体可能在过去某个时候与地球碰撞的可能性,从而可能塑造生命的出现和进化。更重要的是,其他恒星也可能是渔网——他们计算,邻近的半人马座α双星系统甚至可能从虚空中捕获整个岩石行星,或许允许承载生命的类地世界在恒星之间穿梭。
但在这些估计背后隐藏着一个更基本的问题:“奥陌陌”到底有多少?在去年秋天之前,天文学家对星际小行星和彗星的总数做出了悲观的猜测。这些估计认为,仅仅发现一个可能就需要大型综合巡天望远镜(LSST),这是一个具有前所未有的全景视野的观测站,应该在2020年代初开始扫描天空。但是,使用灵敏度较低的名为泛星计划(Pan-STARRS)的观测站发现“奥陌陌”意味着这些物体要常见得多。最新的估计表明,在任何给定时间,地球绕太阳运行轨道内的空间球体都包含大约一个这样的星际访客。
夏威夷双子座天文台的天文学家,以及LSST太阳系科学合作组织的联合主席梅格·施瓦姆说,这种向上修正具有重大影响。之前的估计认为,LSST可能需要10年才能找到一个。现在预计每年会注意到一个或多个,每次都为天文学家打开一个短暂的窗口,让他们争先恐后地跑到望远镜前,对任何特定的访客进行后续研究。“这就是让我夜不能寐的事情,”施瓦姆说。“我们该怎么做呢?”
她说,当“奥陌陌”出现时,Twitter和其他社交网络上的实时通信将全球的天文学家聚集在一起,使他们能够快速获取互补数据集。但是,可能还有另一种更亲密的方式来了解未来的“奥陌陌”。在一项正在同行评审的草案研究中,劳夫林和耶鲁大学博士生达里尔·塞利格曼探索了另一种可能性:用探测器撞击我们的下一个访客。
“这与正在进行的许多事情非常吻合,”劳夫林说。2005年,美国宇航局的“深度撞击”任务的一部分撞击了坦普尔1号彗星,将该物体的一些内部物质喷射到天文学家可以研究的碎片云中。目前,美国宇航局的OSIRIS-REx任务正在前往小行星贝努,以取回样本返回地球。火箭技术也在蓬勃发展,SpaceX最近发射的猎鹰重型火箭就是证明。如果泛星计划或LSST能够发现一个入侵者,并且像“深度撞击”这样的任务已经准备就绪可以出发,那么类似的事情是可能的。
诀窍在于尽早发现它。例如,天文学家在10月21日发现了“奥陌陌”,但从地球发射拦截路线的最容易时间本应是7月初。然而,尽管如此困难,这样的任务将提供一个独特的机会,劳夫林说:“对来自另一个行星系统的物质进行原位挖掘是一件非常酷的事情。”
施瓦姆说,“奥陌陌”带来的关键变化,现在正在扩展到各个研究领域,是将星际物体从理论变为一个确凿的数据点。下一步是从一到多。“我们知道我们将找到另一个,”她说。“让我们为此做好准备。”