本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
泛星计划位于茂宜岛哈雷阿卡拉山 10,000 英尺的山顶,其任务是寻找可能威胁我们星球的小行星。它的相机每晚对七分之一的天空进行成像,在苍穹中搜寻任何移动或变化迹象。10 月 19 日,该项目的计算机在之前晚上拍摄的图像中检测到一个快速移动的物体。警报发出后,其他望远镜也加入了追逐。几天之内,情况变得明朗起来,一个来自星际空间的类小行星访客已经渗透到我们的太阳系,我们正在目睹有史以来首次来自另一个恒星系统的天体飞掠
凯伦·米奇(夏威夷大学)和 17 位合作者在 11 月 20 日发表于《自然》杂志 的一篇论文中回顾并补充了在这次非凡的遭遇中积累的越来越多的观测结果。该天体现在被正式命名为 1I/2017 U1(也以夏威夷语“奥陌陌”或来自遥远过去的信使而闻名),其起源无疑是太阳系外的,性质也令人兴奋地奇异。它来自太阳顶点(太阳系绕银河系轨道运行时所朝向的天空中的点)的方向,以每秒 26 公里的初始速度冲向太阳,并在 9 月 9 日最接近水星轨道内部的时刻加速到每秒 88 公里。当最终被泛星计划的相机捕捉到时,它已经掠过太阳,并在向外方向穿过地球轨道。太阳逐渐减弱的引力影响现在正引导它朝向飞马座方向离开我们的太阳系。
正如《自然》杂志文章报道的那样,米奇和她的团队召集了世界上最强大的望远镜(包括双子座南望远镜、甚大望远镜和凯克望远镜),在 10 月最后一周的几个晚上监测“奥陌陌”的亮度和光谱。光谱观测指向一种非常红的颜色,大致与彗星和其他外太阳系天体的色调一致。推论是——像彗星一样——“奥陌陌”的表面覆盖着富含碳的物质,可能不太擅长反射光。光变曲线简直令人震惊。它们强烈表明“奥陌陌”是一个疯狂拉长的碎片,每 7 小时 20 分钟旋转一次。这种旋转速度会导致引力微弱的碎石堆飞散;“奥陌陌”必须是一个坚固的整体,像岩石一样靠其物理强度结合在一起。如果假设它反射的光的比例与地球月球反射的光的比例相同,那么它在尺寸和形状上都非常类似于最大的航空母舰。
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一个多世纪以来,天文学家一直在推测星际彗星可能抵达我们的太阳系。因此,令人惊讶的是,“奥陌陌”没有显示出彗发的任何迹象。在其最接近太阳的点,它每平方米吸收 20 千瓦的能量,并且在太阳直射头顶的位置,其最外层的皮肤正在快速升温。然而,实际上没有任何物质像喷泉一样喷出,这表明到达的是小行星而不是彗星。
“奥陌陌”的发现这一事实表明,必定有数量惊人的类似物体在虚空中漂流。包括近距离接近的方向和距离在内的几个因素,使得泛星计划能够做出这一发现。大多数与“奥陌陌”大小相似的星际物体,如果像“奥陌陌”一样接近太阳,都将逃脱泛星计划的监视。在考虑了各种观测偏差后,米奇和合作者计算出,始终有一个类似“奥陌陌”的物体在地球轨道定义的球体范围内经过,这个值与过去两周其他小组 发表的 估计值相当吻合。
鉴于其轨迹,“奥陌陌”最近不太可能从附近恒星的行星系统中喷射出来。几乎可以肯定的是,它已经在我们的银河系中旅行了数亿年甚至数十亿年,因此如果我们假设它的经过不是侥幸,我们可以计算出银河系包含千兆万亿个这样的物体 (1027),足以解释银河系中每颗恒星拥有两个地球质量的物质。
这片浩瀚的星际碎片海洋具有一些深刻的含义,因为从新形成的行星系统中喷射出碎片并非易事。将像“奥陌陌”这样的物体从其母星中解放出来,需要一颗既具有相当大的质量又位于相当大的径向距离的行星的引力辅助。在我们的太阳系中,所有四颗巨行星(尤其是木星和海王星)都能够将小天体抛入星际空间。然而,类地行星远远不足,绝大多数已知的太阳系外行星也是如此。如果类“奥陌陌”物体数量众多,并且如果它们是由冰冷的外系统物质组成,那么银河系中几乎每颗恒星都必须在类似海王星的距离处拥有一颗类似海王星的行星。
另一方面,在极不可能的情况下,“奥陌陌”确实是一块耐火岩石或金属板,正如其完全没有彗发所暗示的那样,那么它的出现就极其难以理解。只有百分之几的恒星拥有能够从引力阱深处的温暖区域喷射出无挥发性碎片的行星。它们根本无法产生“奥陌陌”最近的经过所暗示的巨大整体群,这表明类似物体的另一次访问将在很长一段时间内不会发生。
当“奥陌陌”离开进入银河系深处时,预计它将飞行大约 10 千万亿年,然后才会以如此近的距离访问另一颗恒星。在遥远的未来,银河系将是一个截然不同的地方,届时所有现在温暖地照耀行星的恒星都将变成过期的白矮星,质子衰变的光芒将它们加热到略高于绝对零度几度。
参考文献:
Jewitt 等人 (2017) “星际入侵者 1I/2017 U1:来自 NOT 和 WIYN 望远镜的观测” https://arxiv.org/pdf/1711.05687.pdf
Laughlin, G. & Batygin, K. (2017) “探测到星际小行星的后果” https://arxiv.org/abs/1711.02260