所以,“奥陌陌”是外星飞船吗?

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奥陌陌的想像图,这是人类确认发现的第一个来自太阳系外的实体访客。图片来源:欧洲南方天文台

奥陌陌的想像图,这是人类确认发现的第一个来自太阳系外的实体访客。图片来源:欧洲南方天文台

太长不看版:可能是。

太长不看但多说两句版:“外星飞船”说确实提供了一种说得通的可能性,但“超乎寻常的假说需要超乎寻常的证据”,现有的证据不能排除其他可能性。

早已离开太阳远去的“奥陌陌”这两天又刷屏了,因为哈佛大学博士后研究员Shmuel Bialy及其合作者Avi Loeb发表的一篇新论文提出,它有可能是“一艘人工制造的光帆飞行器”(按原文的说法)。

哈佛大学的声誉以及Avi Loeb的身份(其头衔之一是哈佛大学天文系系主任)无疑为这一新闻的热度推波助澜。这篇文章在天文圈内也引起了不小的波澜,多数发声的科学家对此不以为然,认为有“博眼球”的嫌疑。如同对待任何一个假设一样,我们应该摆事实讲道理——“这是哈佛大学的科学家说的”不应该成为相信的理由,“大多数科学家不同意”也不应该成为反对的理由。

那这项研究,具体是怎么回事呢?

“奥陌陌”是我们观测到的第一颗造访太阳系的星际天体。它刚被发现,就让天文学家大吃一惊——不对,是大吃了两惊。第一当然是它的“首颗”身份,第二是它看起来是一颗小行星而不是彗星。之前,圈内普遍认为,第一颗“系外天体”应该是一颗彗星,因为彗星会喷出气体和尘埃,它们比同等大小但死气沉沉的小行星更明亮,也更容易发现;其次,绝大多数彗星都处在不稳定的扁长轨道上,它们更容易被甩出其诞生的行星系统,从而更有机会游荡到其他行星系统。

本文作者使用帕洛玛天文台的5米海尔望远镜拍摄的“奥陌陌”(中间亮点),可见其呈恒星状,并无彗尾。图片来源:Ye et al. (2017)

本文作者使用帕洛玛天文台的5米海尔望远镜拍摄的“奥陌陌”(中间亮点),可见其呈恒星状,并无彗尾。图片来源:Ye et al. (2017)

因此,从“奥陌陌”一被发现开始,天文学家就轮番上阵,各自祭出能调度到的最好的望远镜,对“奥陌陌”进行长时间曝光观测,但均没有发现任何活动痕迹。随着“奥陌陌”高速远离地球,它迅速变得黯淡,对它的观测也越来越困难。在发现仅仅两个月之后,即使地面上最灵敏的望远镜,也无法再观测到“奥陌陌”了。

然而科学家还有另一妙招——不能直接看到它喷气的话,可以找找它喷气会产生的效果呀!在牛顿被苹果砸了以后,经过科学家几百年的努力,我们已经能非常准确地计算行星运行的轨迹。我们知道,不喷气的小天体会严格遵循经典力学计算的轨迹;会喷气的彗星则需要加入一组改正项。于是以Marco Micheli为首的一个国际联合小组,使用哈勃太空望远镜,对“奥陌陌”进行了细致地定位观测。结果让人又双叒叕吃了一惊:“奥陌陌”的轨迹,需要加入一个相当大的非引力项才能解释!多大呢?用Micheli等人的论文里的一张图来解释:

已知彗星的径向非引力项(A1)的分布,以及“奥陌陌”的观测值(黑色竖线)。图片来源:Micheli et al. (2018)

已知彗星的径向非引力项(A1)的分布,以及“奥陌陌”的观测值(黑色竖线)。图片来源:Micheli et al. (2018)

也就是说,即使在已知彗星里,“奥陌陌”非引力项的强度也是名列前茅的!于是,我们面临了这样一个悖论:如果Micheli等人的分析结果准确无误,那“奥陌陌”必须是个很强的“喷气机”,其强度应该是地面望远镜可以轻松看到的;然而N个不同研究小组的观测却毫不含糊地告诉我们,“奥陌陌”没有这么强的活动。

这时候,本文一开始提到的那篇论文就登场了。

Bialy和Loeb发现,太阳光产生的光压可以很好地解释“奥陌陌”的轨迹。光压是指太阳光产生的推力,和风产生的推力类似,可以推动“光帆”在星际空间中航行。然而,一块大石头是不太容易被风推动的,只有轻而薄的物体才容易“扬帆航行”。类似地,要让Bialy和Loeb的假说成立,“奥陌陌”也必须既轻且薄。Bialy和Loeb的计算表明,一面厚度略少于1毫米的“光帆”的轨迹可以很好地吻合哈勃望远镜的观测结果。对“奥陌陌”光度变化的观测也表明,“奥陌陌”是一个十分狭长的天体,其长短轴之比达到5:1甚至更大,一定程度上也和一面“光帆”的形状相符合。

我们在太阳系中从未见过天然形成的“帆状”天体,目前我们还不清楚哪种自然过程能自发形成这样的天体。因此Bialy和Loeb提出,也许“奥陌陌”并非天然形成的,而是人造的。然而宇宙实在是太大了,我们对宇宙的了解也仅限于太阳系这一处小小的角落。我们在太阳系里没见过,不代表别的行星系统里没有;“人造光帆说”虽然能合理地解释“奥陌陌”的运行轨迹,但并不是唯一解释。

比如说,“奥陌陌”最有可能来自早期行星盘(因为处于幼儿期的行星系统正处于熊孩子态,各种原行星四处奔走,在此过程中会抛射出大量行星子),也许这一过程中的某种机制可以大量产生扁长状天体?我们对行星系统的早期状况所知很少,所以这种可能性目前还不能排除。

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的“伊卡洛斯”探测器是世界上第一颗成功发射运作的光帆飞船。图片来源:JAXA

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的“伊卡洛斯”探测器是世界上第一颗成功发射运作的光帆飞船。图片来源:JAXA

“奥陌陌”目前已经越过木星轨道,继续踏上了它在星际空间中的旅程。它并不像某些媒体报道的那样被科学家“跟丢了”——纯粹只是太远、太暗了而已。以我们目前的技术水平,要发射探测器追上“奥陌陌”是极其困难的(不过,如果你手里有些闲钱,可以考虑支持星际研究基金会的天琴计划——他们想通过众筹的方式,建造并发射一个前往“奥陌陌”的飞行器),所以科学家将目光投向了未知的将来。也许,第二、第三颗“奥陌陌”正在奔向内太阳系的路上等着我们被发现呢。在建的“大型综合巡天望远镜”(Large Synoptic Sky Telescope, LSST)将以10倍于目前巡天望远镜的深度搜寻深空,也许更多的“奥陌陌类天体”能告诉我们更多关于遥远星辰的故事。(编辑:Steed)

参考文献

  1. Bialy, S.; Loeb, A. “Could Solar Radiation Explain ʻOumuamua’s Peculiar Acceleration?”. arXiv:1810.11490v2
  2. Micheli, M. et al. (2018). “Non-gravitational acceleration in the trajectory of 1I/2017 U1 (ʻOumuamua)”. Nature. 559(7713): 223–226.
  3. Ye, Q.-Z. et al. “1I/ʻOumuamua is Hot: Imaging, Spectroscopy and Search of Meteor Activity”. The Astrophysical Journal Letters. 851 (1): L5.

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