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2017 年 10 月 19 日,第一个星际物体“奥陌陌”被发现,由泛星计划巡天发现。这次经历就像一位来自另一个国家的客人突然来访吃晚餐。通过检查这位客人,我们可以了解那个国家的文化,而无需前往那里——考虑到使用传统的化学火箭到达最近的恒星都需要花费我们数十万年,这真是件好事。
令人惊讶的是,我们的第一位星际访客看起来很奇怪,与我们以前见过的任何东西都不同。当我们意识到这一点时,这位客人已经出门了,它的身影渐渐消失在黑暗的街道中,所以我们没有机会再仔细观察它的神秘特质。以下是“奥陌陌”表现出的六个怪异之处的列表
假设其他行星系统与太阳系相似,那么泛星计划本不应该发现这个或任何其他星际岩石。在十年前发表的一篇论文中,我们预测星际小行星的丰度比解释“奥陌陌”的发现所需的丰度小很多(2 到 8 个数量级),假设它是随机物体群的成员。换句话说,“奥陌陌”暗示星际物体的数量远高于预期。银河系中的每颗恒星在其一生中需要喷射 1015 个这样的物体,才能解释“奥陌陌”所暗示的如此庞大的数量。因此,“奥陌陌”类物体的孕育地一定与我们基于自身太阳系所了解的不同。
“奥陌陌”起源于一个非常特殊的参考系,即所谓的局部静止标准(LSR),它是由太阳附近所有恒星的随机运动平均值定义的。在该参考系中,只有 500 颗恒星中有一颗像“奥陌陌”一样移动缓慢。LSR 是伪装的理想参考系,即隐藏物体起源并避免其与任何特定恒星联系的理想参考系。“奥陌陌”和太阳之间的相对运动反映了太阳相对于 LSR 的运动。“奥陌陌”就像一个静止在海面上的浮标,而太阳系就像一艘快速行驶的船撞到它一样。是否可能存在一个浮标阵列,充当星际空间中定义平均银河系参考系的继电器站或路标网络?
大多数星际小行星预计是在它们位于其诞生行星系统的外围时(例如我们太阳系的奥尔特云,其延伸到地球-太阳距离的 100,000 倍),在那里它们与恒星的引力结合最松散时,被从其母恒星上撕裂开来。在这些外围区域,它们可以通过小于每秒一公里的微小速度推动而被移除,在这种情况下,它们将保持其宿主恒星相对于 LSR 的速度。如果“奥陌陌”来自一颗典型的恒星,那么它一定是受到了异常大的速度冲击而被喷射出来的。更不寻常的是,它的冲击应该等于且方向相反于其母恒星相对于 LSR 的速度,对于像太阳这样的典型恒星,其速度约为每秒 20 公里。“奥陌陌”的动力学起源无论你如何看待都是极其罕见的。这令人惊讶,因为晚宴上的第一位外国客人应该在统计上很常见(尤其是考虑到上面第一点中推断出的比平时更大的数量)。
我们没有“奥陌陌”的照片,但由于反射的阳光,它的亮度随着它每八小时周期性地旋转而变化了 10 倍。这意味着“奥陌陌”具有极其细长的形状,其长度至少是其投影宽度的五到十倍。此外,对它的翻滚运动进行分析得出的结论是,如果它具有薄煎饼状的几何形状,那么它将处于其动荡旅程所预期的最高激发状态。推断出的形状比以前在太阳系中看到的所有小行星都要极端,后者最长长度与宽度之比最多为三。
斯皮策太空望远镜没有探测到来自“奥陌陌”的任何红外辐射形式的热量。考虑到“奥陌陌”在太阳附近的轨迹所决定的表面温度,这将其大小上限设定为数百米。基于此大小限制,“奥陌陌”必须异常闪亮,其反射率至少比太阳系小行星高 10 倍。
“奥陌陌”的轨迹偏离了仅基于太阳引力所预期的轨迹。这种偏差很小(十分之一百分比),但统计学意义重大。当彗星表面的冰因太阳照射而升温并蒸发时,它们会表现出这种行为,并通过火箭效应产生推力。“奥陌陌”的额外推力可能源于彗星的喷发,如果至少有十分之一的质量蒸发了。但是如此大规模的蒸发自然会导致彗星尾巴的出现,但没有看到任何彗星尾巴。斯皮策望远镜的观测还对“奥陌陌”周围的任何碳基分子或尘埃设置了严格的限制,并排除了正常的彗星喷发在起作用的可能性(除非它由纯水组成)。此外,彗星喷发会改变“奥陌陌”的自转周期,但没有观察到这种变化。总而言之,“奥陌陌”似乎不是典型的彗星,也不是典型的小行星,即使它代表了一个比预期更丰富的种群。
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“奥陌陌”轨道表现出的额外推力不可能来自分解成碎片,因为这样的事件只会提供一次单一的、冲动的推动力,而不是观察到的连续推力。如果排除了彗星喷发,并且推断出的额外力是真实的,那么只剩下一种可能性:来自太阳的辐射压力产生的额外推力。为了使这种推力有效,“奥陌陌”需要小于一毫米厚,但尺寸至少为 20 米(对于完美的反射器),类似于人造起源的太阳帆。在这种情况下,“奥陌陌”将类似于日本任务IKAROS展示的太阳帆或为星际航行计划构想的太阳帆。人造起源提供了一个令人震惊的可能性,即我们在多年未能找到外星文明的无线电信号之后,发现了一个“瓶中信”。令人欣慰的是,这样的太阳帆在银河系中穿梭时,可以承受与星际原子和尘埃的碰撞。
在考虑人造起源的可能性时,我们应该记住夏洛克·福尔摩斯所说的话:“当你排除了不可能的事情后,剩下的,无论多么不可能,都一定是真相。”开普勒卫星揭示,银河系中大约四分之一的恒星都有一颗与地球大小相当的宜居行星,其表面有可能存在液态水和我们所知的生命的化学物质。因此,星际空间可能充满了人造碎片,无论是用于侦察任务的设备,还是废弃的设备。然而,要验证“奥陌陌”的奇特人造起源,我们需要更多的数据。正如卡尔·萨根所说,“非凡的主张需要非凡的证据。”
事实上,有针对性的任务的可能性增加了一些解释力。不可能每颗恒星发射 1015 个太阳帆来组成一个随机的“奥陌陌”类物体群。即使所有文明都与银河系的整个生命周期一样长,这也需要每隔五分钟从一个行星系统发射一次的不合理的速度。相反,如果“奥陌陌”类物体不随机地采样所有可能的轨道,而是遵循特殊的轨道,深入到像我们太阳系这样的行星系统的最内部、可居住的区域,那么所需的数量可以大大减少。
“奥陌陌”的移动速度太快,我们现在的化学火箭无法追上它,除非有来自行星的引力辅助。但是,由于“奥陌陌”需要数千年的时间才能完全离开太阳系,如果我们能在十年或二十年内开发出更快太空旅行的新技术,那么近距离飞掠观察它仍然是一种可能性。有趣的是,一些经过木星附近的星际物体会失去能量并被太阳系捕获。这些是在他们离开时撞到墙壁并在晚餐后留下的晚餐客人。太阳-木星系统就像一张渔网。如果我们能够通过其不寻常的束缚轨道(相对于太阳系平面具有异常高的倾角)识别出被捕获的星际物体,我们就可以设计任务来访问它们,并更多地了解它们的性质。
或者,我们可以等待下一个星际客人出现。在几年内,大型综合巡天望远镜 (LSST)将投入运营,并且对检测“奥陌陌”类物体将更加敏感。因此,它应该在其运营的第一年内发现许多此类物体。如果它没有发现任何东西,我们将知道“奥陌陌”是特别的,我们必须沿着街道追赶这位客人,以弄清它的起源。
研究星际天体就像我最喜欢的和女儿们在海滩上散步的活动。我们喜欢捡起被冲到岸边的贝壳,了解它们不同的来源。时不时地,我们会发现一个塑料瓶,它表明是人造的。同样,天文学家应该检查任何进入太阳系的天体,并研究其性质。“奥陌陌”的六个奇特特征毫无疑问有潜力开启太空科学的戏剧性新时代。