奧陌陌，第一個在地球附近發現的星際天體，給我們留下了比答案更多的問題。這位訪客最初是在離開太陽系時被觀測到的，而天文觀測臺能夠收集到的有限資料已被證明難以解釋。我們所知道的是，奧陌陌既不是彗星也不是小行星，迄今為止，關於其起源的任何奇特理論都未能完全解釋其特性。
然而，兩年後，第二個星際訪客被發現了——它在性質上與奧陌陌截然不同。鮑裡索夫與起源於我們太陽系遙遠區域的彗星表現出驚人的相似性，但它卻沿著明顯的雙曲線軌道執行。作為第一顆星際彗星，鮑裡索夫與太陽系中已知物體的相似之處，為奧陌陌從未提供的令人興奮的機會創造了條件：太陽系與其宇宙鄰域之間的直接比較。
在皇家天文學會月刊：快報上發表的一篇最新論文中，我們首次報告了第一個星際彗星的發現所揭示的反直覺現實：奧爾特雲，我們太陽系龐大的彗星庫，它延伸到離我們最近的恆星的一半距離，蘊藏著比永久居民更多的訪客。在地球附近，來自太陽系內部的彗星數量超過來自太陽系外部的彗星數量——因此，自從戈特弗裡德·基爾希於1680年用望遠鏡探測到第一顆彗星以來，只有一個確定的入侵者。但是，已經進行的觀測並不能代表太陽系的大多數位置，因為它們受到我們靠近太陽的影響而產生偏差。
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由於引力聚焦，太陽優先吸引來自太陽系內部的彗星，就像燈柱召喚成群的飛蛾一樣。另一方面，星際天體以高速在星系中呼嘯而過，幾乎不受太陽引力的影響，因此不像奧爾特雲天體那樣聚集在太陽附近。我們的新工作表明，星際入侵者的數量如此之多，以至於儘管它們速度很快，但在任何給定時間，太陽系黑暗區域的星際入侵者數量都遠遠超過來自本地的彗星。
這個結論對未來的觀測和理論都產生了深遠的影響。它激發了對奧爾特雲中天體的新搜尋，包括恆星掩星調查，例如TAOS II，它掃描天空以尋找附近天體和遙遠恆星的偶然對齊而導致的星光閃爍。與此同時，這一新發現直接挑戰了我們對行星如何形成的理論理解，因為它意味著行星系統必須丟擲比以前認為的質量大幾個數量級的物質。事實上，我們的新論文表明，恆星可能不得不排出至少與它們保留的質量一樣多的物質——這對行星系統的形成提出了一個引人注目的新約束。
未來對星際天體的發現將繼續豐富我們對太陽系在銀河系背景下的理解。維拉·C·魯賓天文臺上的空間和時間遺產巡天（LSST）計劃於2023年末開始執行，預計每月至少發現一個星際天體，這一速率將幫助我們查明星際天體的起源，並更多地瞭解恆星和行星系統是如何形成的。然而，關於星際天體最令人興奮的科學啟示可能來自對星際物質的直接研究。這些數量驚人的天體是由什麼構成的？歐洲航天局的彗星攔截器任務可能會花費數億美元，在2030年代對像鮑裡索夫這樣的天體的氣體尾巴進行取樣，如果它在正確的時間、速度和方向接近太陽的話。
還有另一種搜尋星際天體的方法，甚至可以以相對較低的成本和在地球表面的舒適環境中獲得人類的第一個太陽系外物質樣本。任何進入我們星球大氣層的物質都會因與空氣摩擦而燃燒，短暫地以天空中一道光芒的形式出現：流星。因此，在大氣層中尋找小型天體比在太空中更容易，在太空中我們必須依靠反射的陽光。雖然大氣層提供的搜尋體積遠小於太空範圍，但小型星際天體的丰度應該足夠大，使得搜尋星際流星成為一個有吸引力的想法。
事實上，在2019年分析美國政府公開的流星資料集時，我發現了一個記錄的撞擊事件，它似乎以太快的速度接近，以至於無法束縛在太陽系中。我簡直不敢相信這一點，因為自1950年或更早以來，天文學家一直在尋找星際流星。這項發現後來被初步證實為第一顆大於塵埃的星際流星，此後五角大樓官員表示有興趣解密與探測相關的誤差範圍，因為它具有巨大的科學價值。
作為伽利略專案的星際天體研究主任，我正在領導一項努力，使用未分類和透明的感測器網路，在我們的大氣層中發現克級星際流星體。結合LSST將在地球附近探測到的星際天體，這些發現將徹底改變我們對太陽系在其同類星系背景下的理解。星際流星體的聖盃將是千克級或更大的天體，它在陸地上空燃燒，因為此類事件可能會留下容易回收的隕石——可能代表人類有史以來獲得的第一批星際物質的岩石。只需花費數千萬美元，在十年內就可以實現這一目標——預算比彗星攔截器任務少10倍——擁有數千個全球分佈的被動全天候相機系統，耐心等待著那顆名副其實的大海撈針般的流星體光臨我們的星球。
研究星際天體最美好的方面之一是，它連線了天體物理學中許多不同的領域，從行星科學到高能現象，並融入了同樣多樣化的探測方法。與其他“多信使”天文學分支（如引力波和中微子巡天）一樣，旨在補充傳統天文探測方法的星際天體搜尋，可能有助於揭示前所未有的見解，挑戰我們理解自身在宇宙中的地位的方式。
這是一篇觀點和分析文章；作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。
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