奧爾特雲是荷蘭天文學家揚·奧爾特在1950年提出的概念,它定義了太陽系的邊緣——延伸到地球-太陽距離的10萬倍之外。它包含數十億個比曼哈頓島還大的冰岩,這些冰岩是太陽系行星建造過程中遺留下來的“磚塊”。當奧爾特雲中的天體軌道接近太陽時,其冰在陽光的加熱下蒸發,從而呈現出長週期彗星的形態。一顆大型長週期彗星可能在6600萬年前解體,產生了殺死恐龍的希克蘇魯伯撞擊體。
奧爾特雲的外邊界延伸到距離最近的恆星系統半人馬座α星一半的距離。因此,如果其他恆星像太陽一樣擁有奧爾特雲,那麼這些星雲就會像密密麻麻的檯球一樣相互接觸。
由於最遠的岩石與母星的束縛較弱,它們很容易被經過的恆星的引力擾動驅逐到星際空間。這些物體會繼承其母星相對於區域性靜止標準(LSR)的運動,因為它們最初圍繞恆星的軌道速度很小。因此,發現第一個被發現的星際天體“奧陌陌”幾乎在LSR中處於靜止狀態,令人驚訝,因為只有五百分之一的恆星在那裡是靜止的。
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儘管早期嘗試將“奧陌陌”與特定的起源恆星聯絡起來,但對於星際天體而言,這樣做是不切實際的,因為天空中任何方向上的視線都會攔截到充滿銀河系的眾多奧爾特雲。2017年發現“奧陌陌”的另一個意外是,從奧爾特雲類似物中丟失的星際岩石的預期丰度比解釋推斷出的“奧陌陌”類天體數量所需的值小几個數量級。孕育“奧陌陌”類天體的“託兒所”必定與我們所知的太陽系不同。
最近,艾倫·傑克遜(Alan Jackson)和史蒂文·德什(Steven Desch)提出,“奧陌陌”可能是一座氮冰山。這是一種罕見的奇特現象,在我們自己的奧爾特雲中眾多的天體中從未見過。如果檢測到的第一個星際天體是由純氮構成,那將意味著這種氮冰山很常見。一般來說,氮是透過恆星內部的碳氮氧(CNO)迴圈與碳一起產生的。斯皮策太空望遠鏡對“奧陌陌”附近碳基分子的存在設定了嚴格的限制,加強了對彗尾反射陽光的視覺跡象缺失的約束。為了解釋“奧陌陌”偏離太陽引力塑造的軌道的偏差,根據動量守恆,它質量的約十分之一必須蒸發。任何氮的蒸發都會改變“奧陌陌”的翻滾週期並導致抖動,遠遠超出觀測到的限制。此外,氮冰山會繼承其誕生恆星的運動,這與起源於區域性靜止標準的“奧陌陌”不同。
奧爾特雲的遙遠區域並沒有受到星際粒子的轟擊。保護性太陽風的密度與距離的平方成反比下降,太陽風在約100倍地球-太陽距離的星際介質處停止。這個停止邊界稱為太陽風層頂,仍然比奧爾特雲的範圍小約1000倍。在最近的一篇論文中,我與梅拉夫·奧菲爾(Merav Opher)、詹姆斯·德雷克(James Drake)和加博爾·托特(Gabor Toth)共同撰寫,我們表明太陽風層頂的形狀像一個近乎圓形、蓬鬆的新月形麵包。在它之外,奧爾特雲天體暴露在與星際天體相同的環境中,無法保護其表面免受高能宇宙射線、塵埃或星際氣體粒子的撞擊造成的損害。
奧爾特雲的外層是如何形成的?在我與我的學生阿米爾·西拉傑(Amir Siraj)最近的一篇論文中,提出了一個可能性,該論文表明太陽在其誕生星團中的臨時雙星伴星可能會從星團環境中捕獲觀測到的外奧爾特雲天體。這個過程也可以解釋遙遠行星(如假設的第九行星)的可能存在。
但一個更令人震驚的認識是,奧爾特雲體積內的大多數天體可能並不受太陽束縛。在與阿米爾合著的另一篇論文中,我們表明,最近發現的星際彗星2I/鮑裡索夫很可能起源於另一顆恆星周圍的奧爾特雲,這意味著星際天體的數量可能超過我們自身奧爾特雲內的太陽系天體。換句話說,與太陽結合的奧爾特雲天體正在來來往往的背景星際天體的海洋中游動。此外,對2I/鮑裡索夫的發現意味著銀河系中約有百分之一的碳和氧可能被鎖定在星際天體中。
星際天體的範圍從塵埃粒子到行星大小。宇宙塵埃在星際空間中存在已超過一個世紀,補充了太陽系塵埃——從其反射的陽光中得知,它被觀測為黃道光。自由漂浮的行星最近被光學引力透鏡實驗(OGLE)所發現,該實驗透過它們對背景恆星亮度的引力透鏡效應的印記發現了多個這樣的行星。
總而言之,銀河系似乎充滿了天體,有些與它們的母星結合,但大多數在星際空間中漂浮。研究在我們太陽系後院穿行的自由漂浮物,使我們不必訪問它們的誕生地點,這需要很長的旅程。用我們現有的化學火箭,到達銀河系中心大約需要地球年齡的十分之一。
最有趣的是,新發現的星際天體群使我們能夠在到達太陽系海岸的所有岩石中搜尋“瓶子”。這些瓶子可能帶有來自其他文明的重要資訊。引用伊曼努爾·康德在他的著作《純粹理性批判》中的話:“如果有可能透過任何經驗來確定我們所看到的行星中是否至少有一些存在居民,我可能會把我所有的一切都押在上面。因此我說,這不僅僅是一種觀點,而是一種堅定的信念(對於這種信念的正確性,我願意用生活中許多好處來打賭),即其他世界也存在居民。”
