为什么像“Oumuamua”和“鲍里索夫”这样的星际物体可能蕴藏着系外行星的线索

2017 年 10 月 17 日至 18 日，一个不寻常的物体快速穿过夏威夷毛伊岛火山山顶附近一架大型望远镜的视野。 Pan-STARRS1 望远镜旨在调查天空中的瞬态事件，例如小行星或彗星飞掠。 但这是不同的：该物体不受太阳或任何其他天体的引力约束。 它是从其他地方到达的。

这个神秘物体是第一个被观测到穿过太阳系的来自星际空间的访客。 天文学家将其命名为 1I/’Oumuamua，借用了夏威夷语，大致翻译为“来自远方的信使首先到达”。 两年后，即 2019 年 8 月，业余天文学家根纳迪·鲍里索夫 (Gennadiy Borisov) 使用克里米亚瑙赫尼季 MARGO 天文台的自制望远镜发现了唯一已知的另一个星际闯入者，现在称为 2I/鲍里索夫。

虽然典型 小行星和彗星 在围绕太阳运行的太阳系中，奥陌陌和鲍里索夫是天上的游牧民族，大部分时间都在星际空间中徘徊。 人们曾假设太阳系中存在此类闯入者，但科学家预计这种情况很少见。 “我从没想过我们会看到一个，”德国于利希超级计算中心的天体物理学家 Susanne Pfalzner 说道。 至少在她有生之年不会。

有了这两项发现，科学家们现在怀疑星际闯入者更加常见。 加州大学洛杉矶分校的行星科学家 David Jewitt 估计，目前，仅在海王星的轨道内，就可能存在大约 10,000 个 Oumuamua 大小的星际物体。 目前对星际闯入者的了解 2023年 天文学和天体物理学年度评论。

研究人员正忙于回答有关这些外星物体的基本问题，包括它们来自哪里以及它们最终如何在银河系中徘徊。 闯入者还可以提供一种探测遥远行星系统特征的新方法。

但首先，天文学家需要找到更多它们。

“目前我们有点落后，”朱伊特说。 “但我们预计会看到更多。”

外星人起源

至少从18世纪初开始，天文学家就开始考虑星际物体存在的可能性。 最近，计算机模型表明，由于与巨行星的引力相互作用，太阳系很久以前就将自己的较小天体群体送入了星际空间的空隙中。

科学家预计大多数闯入者是由冰物质组成的系外彗星。 鲍里索夫符合这个轮廓：它的尾巴是由在接近太阳时蒸发的冰产生的气体和尘埃组成的。 这表明它起源于行星系统的外部区域，那里的温度足够低，足以使一氧化碳等气体冻结到岩石中。 在某个时刻，有东西将鲍里索夫（大约一公里宽）抛出了它的系统。

一个潜在的罪魁祸首是一次恒星飞越。 据一项研究称，经过的恒星的引力可以将较小的天体（称为星子）从系统的外部喷射出来。 Pfalzner 领导的最新研究。 如果小行星或彗星距离足够近，行星的引力足以使较小的天体加速到足以逃离恒星的控制，那么巨行星也可能将物体从行星系统的外部区域喷射出来。 当行星穿越其行星系统时，也可能会发生近距离接近，就像海王星在早期太阳系中所做的那样。

另一方面，Oumuamua 并不是科学家所期望的那样。 观察表明它相当细长——长约 240 米，窄至 40 米。 与鲍里索夫不同的是，它没有表现出任何气体或尘埃活动，这增加了它起源于靠近恒星的可能性，那里温度太高，无法形成冰。 如果是这种情况，恒星飞越或巨行星可能无法将物体拉出其系统。 相反，它可能是在恒星垂死挣扎时被喷射出来的：垂死恒星发出的气体脉冲可能会将行星和星子向外推，破坏它们的轨道稳定，足以使其中一些飞入星际空间。

然而，“Oumuamua”确实有可能在其系统的寒冷外围形成，并且当它接近太阳时，形成了望远镜未检测到的气体尾部。 一条线索是，该物体的加速速度超过了仅凭太阳系引力的预期。 最近的一项研究表明 这种推动力可能来自少量的氢气逸出 望远镜没有检测到。 我们太阳系中的几颗小行星 另一项研究表明，水蒸气的排出可能也获得了类似的促进作用。 詹姆斯·韦伯太空望远镜的未来观测 JAXA隼鸟2号扩展任务 （它将在 2031 年与其中一颗被称为“暗彗星”的太阳系小行星会合）可能会检测到低水平的排气。

“我们必须拭目以待，但它们可能与‘Oumuamua’类似，”康奈尔大学的行星科学家达里尔·塞利格曼(Darryl Seligman)说，他与朱伊特合着了《星际闯入者》的评论。

寻找游牧民族

来自更多闯入者的更多数据可能有助于解决其中一些问题。 为了收集这些数据，科学家需要在物体穿过太阳系时更​​好地探测它们。 “如果 Pan-STARRS1 没有观察到我们那天晚上的行踪，‘Oumuamua’很可能永远不会被发现，”前夏威夷大学天文学家罗伯特·韦里克 (Robert Weryk) 说，他在望远镜的数据中发现了这个闯入者。

即将到来的 遗留的时空调查 维拉·C·鲁宾天文台的望远镜预计将增加天文学家发现这些快速移动物体的机会：最早从 2025 年开始，天文台的望远镜将每隔几个晚上对整个可见的南方天空进行成像，其主镜的直径接近七米比 Pan-STARRS1 更大，使其能够看到更暗、更远的物体。 一旦检测到闯入者，地面和太空望远镜将对它们进行成像，试图确定它们的成分。 如果发现可到达的目标，欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构的 彗星拦截机预计于 2029 年推出，可以重定向以近距离拍摄访客图像。

最终，天文学家希望建立一个类似于星际物体的目录 系外行星清单自 1992 年首次发现以来，该条目已增加到 5,500 多个。未来的清单可以帮助研究人员回答地球和太阳系的典型性这一长期存在的问题。 大量星际物体样本的成分可以提供有关系外行星系统中物体构成的线索——包括那些可能支持生命的物体。

“星子是系外行星的组成部分，”康涅狄格州米德尔敦卫斯理大学的天文学家梅雷迪思·休斯说。 这意味着它们“可以提供有关环境多样性的信息，包括那些可能适合居住的环境。”

现在，“Oumuamua”已经超出了海王星的轨道，鲍里索夫彗星也几乎同样远。 他们将继续他们的旅程回到 星际空间，任何人都可以猜测接下来会发生什么。 也许他们会在浩瀚的太空中度过永恒的徘徊，或者也许他们会被一颗恒星捕获。 或者它们可能会在一个新的行星系统中塌缩成一个不断演化的气体和尘埃盘，然后重新开始它们的旅程。

天文学家估计，银河系中的星际物体可能比可观测宇宙中的恒星还要多。 找到更多的它们将为探索宇宙之谜提供一种新的方法。

“最酷的事情是，”普法尔兹纳说，“星际物体来到了我们身边。”

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西奥·尼西托普洛斯 是一位报道地球和太空科学新闻的自由撰稿人。

这 文章原文 出现在 可知杂志，年度评论的独立新闻事业。