本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
上个月,我受邀参加一个关于最近在白令海上空发生的流星事件的广播采访,该流星于2018年12月18日在俄罗斯堪察加半岛附近被发现,其爆炸产生的能量是广岛原子弹的10倍。为了准备采访,我在网上搜索了文献,发现了过去三十年所有流星的目录,并按其产生的火球强度排序。
这些天体是由美国政府拥有的一个机密探测系统发现的,该系统利用它们在地球大气层中产生的声波和光波来确定它们撞击时速度和位置的三维分量。
在对最强大的火球印象深刻后,我让一位本科生Amir Siraj,他一直在和我一起研究“奥陌陌”——太阳系中发现的第一个星际物体——计算目录中最快流星的过去轨迹,从它们被探测到的撞击位置和速度开始,并考虑地球、太阳以及太阳系内所有遥远行星的引力。
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最快天体的轨迹最终被束缚在太阳上,因为它与移动的地球发生了正面碰撞。第二快的绝对不被太阳束缚。第三快的可能在不确定性范围内被束缚。关于目录中第二快流星的令人惊讶的结果是通过Amir的一封令人惊讶的电子邮件传达的,他说:“我们可能发现了第一个起源于太阳系之外的流星!”几天后,我们把我们的论文发布在arXiv上,同时提交给《天体物理学杂志快报》发表。
这个故事有一个重要的寓意。媒体露面不是浪费时间。它们可以提出激发科学突破的问题。
回想起来,流星火球为研究星际天体提供了理想的机会。传统的搜索方法利用太阳作为灯柱,并根据它们反射的光来寻找天体。这就是“奥陌陌”被Pan-STARRS望远镜探测到的方式。这种观测技术的局限性在于它仅限于大于一百米的天体,因为较小的天体太暗,无法被Pan-STARRS探测到。
自然地,人们会预期较小的天体更丰富——如此丰富,以至于其中一些可能会以明显的速率撞击地球,尽管地球的横截面积很小。因此,地球大气层最终成为米级星际天体的探测器。由于流星在大气层中燃烧殆尽,它们发出的气体光谱可以用来推断它们的成分,即使它们没有留下任何遗迹。
目录中第二快的星际流星被发现在巴布亚新几内亚海岸附近的马努斯岛北部。它产生的爆炸仅仅是广岛炸弹的百分之一,这意味着一个质量约为500公斤的米级物体。鉴于推断出的撞击率大约每十年一次,我们得出结论,在地球围绕太阳的轨道内应该有大约一百万个这样的物体。这些米级物体每个空间体积所携带的质量与比它们大一百倍的类似“奥陌陌”的物体相同。
据报道,该流星以相对于局部静止标准(通过平均太阳附近所有恒星的运动获得的参考系)每秒60公里的速度进入太阳系。如此高的速度可以通过从行星系统的最内部区域喷射产生,那里特征轨道速度具有可比的量级。在太阳系中,相关区域是水星轨道内部。
但是对于像我们最近的邻居比邻星这样的矮星,所需的喷射区域与宜居带重叠,由于恒星比太阳暗得多,宜居带近20倍。由于矮星最常见,这种流星的探测为“星际泛种论”,或居住在不同恒星宜居带的行星之间的生命转移提供了新的前景。只要流星足够大,不会在地球大气层中完全燃烧殆尽,这就有可能实现。要播种生命,所需的撞击率仅仅是每十亿年一次,允许一个更大的物体能够在进入目标行星时幸存下来。
要形成推断出的米级星际流星种群,每颗恒星需要喷射大约1022个物体,总计约为一个地球质量的物质。 这一要求与早期太阳系中水星轨道内的小行星的预期质量存在冲突。
利用地球大气层作为星际天体的探测器,为推断它们在大气层中燃烧时留下的气体成分提供了新的前景。未来,天文学家可能会建立一个警报系统,该系统会触发对可能具有星际起源的流星撞击的后续光谱观测。宇宙边缘的引力波源、伽马射线暴或快速射电暴已经存在警报系统。
尽管星际流星反映了非常局部的宇宙,但它们构成了一个“瓶中信”,其中包含了关于可能与太阳系截然不同的摇篮的有趣新信息。其中一些甚至可能代表来自外星文明的废弃技术设备,它们偶然漂向地球,就像一个塑料瓶在自然海贝的背景下被冲上岸一样。