關於星際訪客“奧陌陌”的 6 個奇怪事實

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表在《大眾科學》的前部落格網路上,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點


2017 年 10 月 19 日,第一個星際物體“奧陌陌”被發現,由泛星計劃巡天發現。這次經歷就像一位來自另一個國家的客人突然來訪吃晚餐。透過檢查這位客人,我們可以瞭解那個國家的文化,而無需前往那裡——考慮到使用傳統的化學火箭到達最近的恆星都需要花費我們數十萬年,這真是件好事。

令人驚訝的是,我們的第一位星際訪客看起來很奇怪,與我們以前見過的任何東西都不同。當我們意識到這一點時,這位客人已經出門了,它的身影漸漸消失在黑暗的街道中,所以我們沒有機會再仔細觀察它的神秘特質。以下是“奧陌陌”表現出的六個怪異之處的列表

  1. 假設其他行星系統與太陽系相似,那麼泛星計劃本不應該發現這個或任何其他星際岩石。在十年前發表的一篇論文中,我們預測星際小行星的丰度比解釋“奧陌陌”的發現所需的丰度小很多(2 到 8 個數量級),假設它是隨機物體群的成員。換句話說,“奧陌陌”暗示星際物體的數量遠高於預期。銀河系中的每顆恆星在其一生中需要噴射 1015 個這樣的物體,才能解釋“奧陌陌”所暗示的如此龐大的數量。因此,“奧陌陌”類物體的孕育地一定與我們基於自身太陽系所瞭解的不同。

  2. “奧陌陌”起源於一個非常特殊的參考系,即所謂的區域性靜止標準(LSR),它是由太陽附近所有恆星的隨機運動平均值定義的。在該參考系中,只有 500 顆恆星中有一顆像“奧陌陌”一樣移動緩慢。LSR 是偽裝的理想參考系,即隱藏物體起源並避免其與任何特定恆星聯絡的理想參考系。“奧陌陌”和太陽之間的相對運動反映了太陽相對於 LSR 的運動。“奧陌陌”就像一個靜止在海面上的浮標,而太陽系就像一艘快速行駛的船撞到它一樣。是否可能存在一個浮標陣列,充當星際空間中定義平均銀河系參考系的繼電器站或路標網路?

  3. 大多數星際小行星預計是在它們位於其誕生行星系統的外圍時(例如我們太陽系的奧爾特雲,其延伸到地球-太陽距離的 100,000 倍),在那裡它們與恆星的引力結合最鬆散時,被從其母恆星上撕裂開來。在這些外圍區域,它們可以透過小於每秒一公里的微小速度推動而被移除,在這種情況下,它們將保持其宿主恆星相對於 LSR 的速度。如果“奧陌陌”來自一顆典型的恆星,那麼它一定是受到了異常大的速度衝擊而被噴射出來的。更不尋常的是,它的衝擊應該等於且方向相反於其母恆星相對於 LSR 的速度,對於像太陽這樣的典型恆星,其速度約為每秒 20 公里。“奧陌陌”的動力學起源無論你如何看待都是極其罕見的。這令人驚訝,因為晚宴上的第一位外國客人應該在統計上很常見(尤其是考慮到上面第一點中推斷出的比平時更大的數量)。

  4. 我們沒有“奧陌陌”的照片,但由於反射的陽光,它的亮度隨著它每八小時週期性地旋轉而變化了 10 倍。這意味著“奧陌陌”具有極其細長的形狀,其長度至少是其投影寬度的五到十倍。此外,對它的翻滾運動進行分析得出的結論是,如果它具有薄煎餅狀的幾何形狀,那麼它將處於其動盪旅程所預期的最高激發狀態。推斷出的形狀比以前在太陽系中看到的所有小行星都要極端,後者最長長度與寬度之比最多為三。

  5. 斯皮策太空望遠鏡沒有探測到來自“奧陌陌”的任何紅外輻射形式的熱量。考慮到“奧陌陌”在太陽附近的軌跡所決定的表面溫度,這將其大小上限設定為數百米。基於此大小限制,“奧陌陌”必須異常閃亮,其反射率至少比太陽系小行星高 10 倍。

  6. “奧陌陌”的軌跡偏離了僅基於太陽引力所預期的軌跡。這種偏差很小(十分之一百分比),但統計學意義重大。當彗星表面的冰因太陽照射而升溫並蒸發時,它們會表現出這種行為,並透過火箭效應產生推力。“奧陌陌”的額外推力可能源於彗星的噴發,如果至少有十分之一的質量蒸發了。但是如此大規模的蒸發自然會導致彗星尾巴的出現,但沒有看到任何彗星尾巴。斯皮策望遠鏡的觀測還對“奧陌陌”周圍的任何碳基分子或塵埃設定了嚴格的限制,並排除了正常的彗星噴發在起作用的可能性(除非它由純水組成)。此外,彗星噴發會改變“奧陌陌”的自轉週期,但沒有觀察到這種變化。總而言之,“奧陌陌”似乎不是典型的彗星,也不是典型的小行星,即使它代表了一個比預期更豐富的種群。


關於支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過 訂閱來支援我們屢獲殊榮的新聞工作。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。


“奧陌陌”軌道表現出的額外推力不可能來自分解成碎片,因為這樣的事件只會提供一次單一的、衝動的推動力,而不是觀察到的連續推力。如果排除了彗星噴發,並且推斷出的額外力是真實的,那麼只剩下一種可能性:來自太陽的輻射壓力產生的額外推力。為了使這種推力有效,“奧陌陌”需要小於一毫米厚,但尺寸至少為 20 米(對於完美的反射器),類似於人造起源的太陽帆。在這種情況下,“奧陌陌”將類似於日本任務IKAROS展示的太陽帆或為星際航行計劃構想的太陽帆。人造起源提供了一個令人震驚的可能性,即我們在多年未能找到外星文明的無線電訊號之後,發現了一個“瓶中信”。令人欣慰的是,這樣的太陽帆在銀河系中穿梭時,可以承受與星際原子和塵埃的碰撞。

在考慮人造起源的可能性時,我們應該記住夏洛克·福爾摩斯所說的話:“當你排除了不可能的事情後,剩下的,無論多麼不可能,都一定是真相。”開普勒衛星揭示,銀河系中大約四分之一的恆星都有一顆與地球大小相當的宜居行星,其表面有可能存在液態水和我們所知的生命的化學物質。因此,星際空間可能充滿了人造碎片,無論是用於偵察任務的裝置,還是廢棄的裝置。然而,要驗證“奧陌陌”的奇特人造起源,我們需要更多的資料。正如卡爾·薩根所說,“非凡的主張需要非凡的證據。”

事實上,有針對性的任務的可能性增加了一些解釋力。不可能每顆恆星發射 1015 個太陽帆來組成一個隨機的“奧陌陌”類物體群。即使所有文明都與銀河系的整個生命週期一樣長,這也需要每隔五分鐘從一個行星系統發射一次的不合理的速度。相反,如果“奧陌陌”類物體不隨機地取樣所有可能的軌道,而是遵循特殊的軌道,深入到像我們太陽系這樣的行星系統的最內部、可居住的區域,那麼所需的數量可以大大減少。

“奧陌陌”的移動速度太快,我們現在的化學火箭無法追上它,除非有來自行星的引力輔助。但是,由於“奧陌陌”需要數千年的時間才能完全離開太陽系,如果我們能在十年或二十年內開發出更快太空旅行的新技術,那麼近距離飛掠觀察它仍然是一種可能性。有趣的是,一些經過木星附近的星際物體會失去能量並被太陽系捕獲。這些是在他們離開時撞到牆壁並在晚餐後留下的晚餐客人。太陽-木星系統就像一張漁網。如果我們能夠透過其不尋常的束縛軌道(相對於太陽系平面具有異常高的傾角)識別出被捕獲的星際物體,我們就可以設計任務來訪問它們,並更多地瞭解它們的性質。

或者,我們可以等待下一個星際客人出現。在幾年內,大型綜合巡天望遠鏡 (LSST)將投入運營,並且對檢測“奧陌陌”類物體將更加敏感。因此,它應該在其運營的第一年內發現許多此類物體。如果它沒有發現任何東西,我們將知道“奧陌陌”是特別的,我們必須沿著街道追趕這位客人,以弄清它的起源。

研究星際天體就像我最喜歡的和女兒們在海灘上散步的活動。我們喜歡撿起被衝到岸邊的貝殼,瞭解它們不同的來源。時不時地,我們會發現一個塑膠瓶,它表明是人造的。同樣,天文學家應該檢查任何進入太陽系的天體,並研究其性質。“奧陌陌”的六個奇特特徵毫無疑問有潛力開啟太空科學的戲劇性新時代。

Avi Loeb is the head of the Galileo Project, director of the Institute for Theory and Computation at the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, founding director of Harvard University’s Black Hole Initiative, and the former chair of the Harvard astronomy department (2011-2020). He is a former member of the President’s Council of Advisors on Science and Technology and a former chair of the Board on Physics and Astronomy of the National Academies. He has published more than a thousand peer-reviewed papers and is the bestselling author of Extraterrestrial and Interstellar and a co-author of the textbooks Life in the Cosmos and The First Galaxies in the Universe.

More by Avi Loeb
© .