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神秘的星際訪客 人類在太陽系探測到的第一個系外造訪星際天體奧陌陌
2020-04-21 15:46:01 來源 : 環(huán)球網(wǎng)????????警用裝備網(wǎng)訊：?
近距飛越恒星潮汐撕裂過程。張韻/國家天文臺
迄今銀河系中自轉(zhuǎn)最快恒星，紅五星是該星，黃色圓是太陽。國家天文臺供圖
數(shù)值模擬得到的奧陌陌。張韻/國家天文臺
如果你是因為外星人或外星文明，而對天文產(chǎn)生了興趣，那么，這個叫“奧陌陌”的小家伙，或許能在一定程度上滿足你對天文探索的諸多想象。
奧陌陌是一個闖入太陽系的天體，也是人類在太陽系探測到的第一個系外造訪的星際天體。不過，它究竟是什么，是一艘外星飛船，一顆來自外星系的彗星，還是一顆小行星？這個問題曾經(jīng)難倒全球無數(shù)天文學(xué)家。
最近，天文學(xué)家交出了最新答卷：這位星際訪客，很可能是一個行星天體的碎塊。給出這一結(jié)論的是中國科學(xué)院國家天文臺博士后張韻與美國加州大學(xué)圣克魯茲分校教授林潮，他們把研究結(jié)果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-天文》上，其中提到他們通過數(shù)值模擬，第一次全面系統(tǒng)地復(fù)現(xiàn)了奧陌陌的所有特征。
有關(guān)奧陌陌的身世之謎，就此完全揭開了嗎？
“看不見”的客人
在破解這個天文問題的過程中，天文學(xué)家像偵探破案一樣，一邊給出猜測，一邊進行驗證。而破案的第一步，則是鎖定嫌疑人。
2017年10月，這個長約100米、長短軸比例為6∶1到10∶1的小天體，以每秒25.5公里的速度第一次闖入太陽系，隨后一度達到44公里/秒。
這個速度引起了天文學(xué)家的注意。更讓人驚訝的是，這位星際訪客的運動軌跡沿雙曲線運行，而這，明顯不同于普通太陽系的小行星或彗星。天文學(xué)家初步判斷，這個家伙來自太陽系之外。
從絕對大小來看，這個“不速之客”并不大，但相對而言，它已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽系內(nèi)那些小天體的長短軸比例，具有極其特殊的狹長外形。也因此，有人用雪茄狀來形容它的樣子。
那一年，國際天文學(xué)界給它取了名字，叫“奧陌陌”，意思是“遠(yuǎn)方的信使”。作為人類發(fā)現(xiàn)的第一個星際天體，奧陌陌的到來，引起了全球廣泛關(guān)注。
它到底是誰？
彗星？這是其中一種猜測。張韻說，在奧陌陌之前，現(xiàn)有的行星系統(tǒng)理論認(rèn)為，彗星更容易被其原有行星系統(tǒng)“甩出”。從人類過往的觀測經(jīng)驗來看，由于彗星比同尺寸的小行星更為明亮，可觀測到的星際天體，大多也是彗星。
要把猜測轉(zhuǎn)化成結(jié)論，天文學(xué)家需要做的是：驗證。
全球不少天文學(xué)家都行動了起來，他們希望利用觀測的手段，來驗證奧陌陌屬于彗星這一猜想。
然而，即便調(diào)用了幾乎所有的天文望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家仍未發(fā)現(xiàn)這位星際訪客身上有任何彗星的影子——從中并不能找到向外噴射氣體和塵埃的跡象。
于是天文學(xué)家有了一個新的推測：奧陌陌，有沒有可能是一顆小行星。
但令他們無奈的是，奧陌陌是一個“看不見的客人”——人類僅憑現(xiàn)有的技術(shù)，難以捕捉其運動速度和亮度，只能得到一個粗略的光譜，其中并沒有物體反射率的詳細(xì)信息。
2018年，天文學(xué)家派出了人類有史以來最大的太空紅外望遠(yuǎn)鏡——斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡，試圖再次捕捉奧陌陌的身影。然而，這個以太陽軌道運行、與奧陌陌飛行路徑最近、被寄予厚望的人類探測器，最終卻以失敗告終。
“它已飛得太遠(yuǎn)了，人類任何望遠(yuǎn)鏡都無法探測?！彼蛊げ咄h(yuǎn)鏡團隊科學(xué)家這樣解釋。
就這樣，奧陌陌漸行漸遠(yuǎn)，在人們還未看清它之前，這位神秘的星際訪客，似乎就這樣“消失”了。
諸多未解之謎
天文學(xué)家自然不愿意放過這個千載難逢的機會，從某種意義上說，在奧陌陌之前，人類還從未有如此近距離的機會了解太陽系以外的東西。
在奧陌陌消失兩年后，關(guān)于它的諸多謎團仍未解開。比如，它的運行軌跡——這位訪客似乎來去自如，不受太陽系束縛，目前正沿著雙曲線軌跡運行，幾年后，或許就會穿過太陽系，一去不復(fù)返。
在對奧陌陌軌道數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計研究之后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，只有引入一個相當(dāng)大的非引力項，才能使其軌跡得到合理解釋。換言之，這位星際訪客之所以可以加速離開太陽系，是受一種非引力的動力影響。
這再次讓天文學(xué)家想到了彗星——彗星向外釋放氣體的行為，能夠提供這樣的一個非引力加速度。然而，這樣的解釋，又和人們對奧陌陌“不是一顆彗星”的猜測相悖。
還有一種解釋，就是借助太陽光壓，奧陌陌有了非引力加速度，不過這也只是對具有超大面積-質(zhì)量比的物體才有效——這便需要奧陌陌具有超乎尋常的疏松結(jié)構(gòu)。
“偵破”進程一時間陷入僵局。有關(guān)奧陌陌的起源和成為星際天體的過程，也令天文學(xué)家們十分困惑，甚至還有科學(xué)家猜測，奧陌陌或許與外星生物存在某種關(guān)聯(lián)。
“它，有沒有可能是被原來所在的恒星‘甩’出去的？”張韻作了一個大膽的假設(shè)。
根據(jù)奧陌陌的光譜性質(zhì)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這個訪客在它原來所在的行星系統(tǒng)中，曾經(jīng)受到恒星的強烈熱輻射，而這個特征可以通過近距離飛越恒星產(chǎn)生。張韻說，如此近距離的接觸，可能會讓奧陌陌的母體，被恒星的潮汐作用撕裂，并將奧陌陌甩出原系統(tǒng)。
“正是這個看似最平凡的性質(zhì)，啟發(fā)了我們著手研究潮汐撕裂星際天體形成理論。”張韻說。
就這樣，最新一次的“偵破”開始了。
神秘面紗被揭開
率先登場的是超級計算機，其強大的算力幫助天文學(xué)家做了數(shù)值模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，恒星的潮汐力，的確會將天體撕碎成許多的細(xì)長型碎片，同時，潮汐的作用，還會讓一部分碎片的速度增大，以至于超過恒星的逃逸速度。換句話說，這些被撕碎的碎片，就會逃離恒星，從而成為一個星際天體。
相應(yīng)地，超級計算機也“畫出”了這些碎片的樣子：其長短軸的比例，大多數(shù)高于5∶1，有些甚至高于10∶1。這就在某種程度上，解釋了奧陌陌極其特殊的狹長外形。
更為重要的是，數(shù)值模擬結(jié)果顯示，在潮汐撕碎的過程中，這些碎片的表面，將受到恒星熾熱灼烤，最終熔化，而當(dāng)遠(yuǎn)離恒星時，這些熔化的表面，將會重新凝結(jié)。這一過程，最終讓碎片的整體結(jié)構(gòu)具有很強的黏結(jié)力，從而維持其所形成的細(xì)長結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
潮汐撕裂星際天體形成理論，就像是一顆救命稻草，天文學(xué)家抓住這個破解密碼的鑰匙之后，進展異常順利。曾經(jīng)困擾人類的諸多問題，似乎都一一浮出了水面——
根據(jù)數(shù)值模擬，恒星的熱輻射會加熱這些碎片內(nèi)部，其結(jié)果是，這些碎片體內(nèi)可揮發(fā)性的氣體將消耗殆盡。
“正因為這樣，這些碎片失去了明顯的彗星活動表現(xiàn)，而它們的光譜性質(zhì)，則具有小行星的特征?！睆堩嵳f。
至于這些星際訪客的非引力加速度，也有了一個解釋。
根據(jù)熱力學(xué)分析，一些升華溫度較高的可揮發(fā)性物質(zhì)——比如水冰，能夠在地下數(shù)十厘米的地方保存完好。這些水冰，對于奧陌陌的旅行，可是起了大作用。
張韻說，在奧陌陌的太陽系短途旅行中，這些剩余的水冰，就會被太陽的熱輻射激活噴發(fā)，從而提供了人類所觀測到的非引力加速度。
至此，奧陌陌的神秘面紗基本被揭開了，如果用一句話來說，這位星際訪客很可能就是太陽系之外一個行星天體的碎塊——一個被原行星系統(tǒng)中恒星的潮汐作用撕碎并甩出的碎片。
耶魯大學(xué)天文系教授格雷戈里·拉夫林用“非常巧妙”的字眼來形容這一研究，他認(rèn)為，該研究運用行星系統(tǒng)演化過程的普遍現(xiàn)象，解釋了奧陌陌的所有特征，顯示了星際間物質(zhì)擴散的高效性，為人類理解行星系統(tǒng)的形成和演化提供了關(guān)鍵線索。
還有更多的奧陌陌嗎？
一個奧陌陌走了，還會不會有更多的奧陌陌前來？甚至，太陽系在自己內(nèi)部會不會“甩出”奧陌陌？這些是奧陌陌留給天文學(xué)家的新問題。
張韻的觀點是，由于潮汐力的強度隨著恒星密度的增大而增強，這種潮汐撕裂現(xiàn)象能夠發(fā)生在密度較大的矮恒星附近。不過對太陽而言，其密度相對較低，不足以產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象，相應(yīng)地，人類在太陽系內(nèi)也并未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生過類似奧陌陌的小天體。
不過，在張韻看來，類似奧陌陌的星際天體穿越太陽系，并非一個偶然事件。
“從概率上估計，每個太陽系周圍的恒星系統(tǒng)，平均至少產(chǎn)生百萬億數(shù)量級的類似星際天體，才能夠解釋奧陌陌闖入太陽系事件的發(fā)生概率。”張韻說。
事實上，通過分析可能的母體來源及數(shù)量分布，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，從數(shù)千米直徑的彗星，到地球大小的行星，都有可能是類似奧陌陌星際天體在被潮汐作用撕碎甩出前的母體，而這些母體所產(chǎn)生的星際天體數(shù)量，恰好可以解釋奧陌陌的出現(xiàn)概率。
“在奧陌陌之后，人們不得不徹底改變自身對于星際天體的認(rèn)知?！眾W陌陌國際空間科學(xué)研究所共同負(fù)責(zé)人馬修·奈特認(rèn)為，這項最新的研究出色地解釋了關(guān)于奧陌陌的謎團。
他的一個期待是，未來幾年天文學(xué)家可以發(fā)現(xiàn)新的星際天體，看看它們是否具有類似奧陌陌的性質(zhì)?！斑@將是非常有趣的。如果是這樣，那么將表明如今這個機制描述的過程是普遍的?！瘪R修·奈特說。
張韻也認(rèn)為，隨著中國和國際上各個巡天望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)和投入使用，未來將會在太陽系內(nèi)發(fā)現(xiàn)更多的星際天體，天文學(xué)家也將會更深入了解這些天體的性質(zhì)，對星際天體的數(shù)量有著更精確的評估。
那時，人類會不會有更多新的發(fā)現(xiàn)，尤其是在生命起源、外星生物方面有所突破？
正如雷戈里·拉夫林所說：由于這些星際天體在被甩出去之前，反復(fù)經(jīng)過原行星系統(tǒng)的宜居帶，這意味著，那些組成生命的有機物質(zhì)，很可能會通過這些天體，在星際之間進行傳播。而這些，將為人類探索生命起源的奧秘提供新的思路。
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