2017年,天文学家们惊讶地发现太阳系中出现了一个奇特的物体。这个物体将令人难以置信的速度和荒谬的倾斜度结合在一起表明它并不属于我们太阳系。相反,这个物体来自某个遥远的、完全不为人知的地方。天文学家最终将其命名为“奥陌陌 Oumuamua”。
艺术家关于“奥陌陌”的假想图
奥陌陌一词是夏威夷语“远方的信使”的意思。与这个名字相比,这个天外来客要奇怪的多。就在这个访客如今离我们远去的时候,2020年,天文学家们对它的形成又有了新的解释,似乎奥陌陌的真面目快被揭开了。
神秘的天外来客
2017年10月19日,夏威夷大学的Pan-STARRS1望远镜发现了第一个访问我们太阳系的外星来客。这个星际闯入者似乎是一个雪茄形状的物体,它被发现者命名为“奥陌陌”。
Pan-STARRS1
在它被发现后,世界各地的望远镜,包括智利的ESO超大望远镜以及哈勃太空望远镜,都被召集起来观测它的轨道、亮度和颜色。从地面望远镜进行观测的紧迫性对于获得最佳数据至关重要。然而我们并不能看到奥陌陌的真实面目,因为在所有天文望远镜中,它只不过是个光点。
天文望远镜中的奥陌陌
NASA的两架太空望远镜(哈勃望远镜和斯皮策望远镜)持续对奥陌陌进行跟踪,发现了它以38.3公里/秒的速度相对太阳运行的轨迹。它的轨道路径比绕太阳运行的行星高出大约20度。就这一点来说,奥陌陌不太可能起源于们自己的太阳系。而且,它不太可能被捕捉到太阳轨道上,而只是一个路过的访客。
奥陌陌的轨迹(红色为预测,蓝色为实际)
奥陌陌在2017年9月9日,以每秒87.3公里的惊人速度掠过太阳;2017年11月1日通过火星轨道,并在2018年5月通过木星轨道,2019年1月穿越土星轨道。现在它应该在土星和海王星轨道之间的某个地方,并继续向飞马星座飞去。
神秘的身份与加速
尽管我们已经尽可能的去研究奥陌陌,但至今仍然不知道它来自何方以及它是什么东西。根据初步的轨道计算表明,该物体应该来自于天琴座北部明亮恒星织女星的方向,但仅此而已。
这个太阳系的闯入者最初被认为是星际间的小行星,是另一个恒星系统脱落的一块岩石。因为它没有出现彗星特有的嘶嘶声和闪光,当靠近太阳时,没有由气体和尘埃组成的彗尾。天文学家认为它是惰性的,就像小行星一样。
然而另一个让人奇怪的事实发生了:它在离开太阳系时进行了轻微加速,这表明它的行为更像一颗彗星,似乎有表面喷出的气体为它提供了动力。
但是,当耶鲁大学的塞利格曼博士和劳克林博士试图通过计算彗星从太阳获得的能量来模拟它的行为时,他们发现,作为普通彗星的主要组成部分,水冰不可能提供足够的能量来解释这种加速。奇怪的现象加上它诡异的外形,让很多人认为也许它是一艘外星飞船。
是一块氢分子冰?
2020年,塞利格曼博士和劳克林博士提出了一个新的假设:奥陌陌或许是一座由固态氢组成的冰山!
“冻结的氢确实提供了一种令人信服的加速机制,”塞利格曼博士说。由于其波动性更大,它可以很容易地提供必要的动力。因此他们假设,奥陌陌既不是一颗小行星,也不是一颗彗星。相反,它是一个宇宙冰山:一块冰冻的氢。但是这个版本的解释需要再次重写奥陌陌的起源故事。
固态氢只能在低于6开尔文或高于绝对零度6摄氏度的温度下存在,因此奥陌陌应该形成于一个温度极低,而且充满氢分子的地方。
在宇宙大爆炸发生后,遗留下来的氢分子在宇宙的深处形成了很多分子云。它们有数万个太阳的质量,跨度达数百光年。其中一些云在超新星爆炸的冲击波或与其他云的碰撞使其失去平衡时最终坍塌,其结果可能是大量的恒星诞生,正如著名的哈勃太空望远镜拍摄到的被称为“创生之柱”的图像。
创生之柱
而在它们的中心,由于没有太阳照射,没有辐射,温度可以下降到绝对零度以上几度,冷到足以使宇宙中最轻、最易挥发和最常见的元素氢冻结。而这里应该就是奥陌陌的故乡。这些冻结的氢粒子粘在星际尘埃的小颗粒上,在几千年的时间里成长为巨大体积的固态氢块。
塞利格曼博士计算出,奥陌陌的前身就是这样一块固态氢块。它在遇到我们之前,在宇宙中徘徊了不到1亿年,这在银河系尺度上并不算长。
塞利格曼博士
如果这个版本的事件是准确的,那么像维拉鲁宾天文台这样的望远镜很可能会发现更多进入太阳系的游离氢冰山。维拉鲁宾天文台的设计目的是每三天扫描整个天空一次,天文学家将能够观察到这些冰山在阳光的侵蚀作用下的发光和演化。
仍然是个谜
然而塞利格曼和劳克林的猜测仍然是一个假设,关于奥陌陌的起源和分子结构的争论还在继续。《天体物理学杂志快报》发表声明称,尽管这个氢分子冰山的说法很有希望,但这颗天体究竟是不是由氢分子冰构成的还有待研究。
韩国天文和空间科学研究所
哈佛大学和韩国天文和空间科学研究所(KASI)的科学家们对氢物质是否真的能从星际空间旅行到我们的太阳系持怀疑态度。
“塞利格曼和劳克林的观点看起来很有希望,因为它可能解释‘奥陌陌’的超长形状以及非重力加速度。”KASI的理论天体物理学小组的高级研究员黄力博士说。“然而,他们的理论是基于一个假设,即氢分子冰可以在稠密的分子云中形成。”
在天体物理学中,人们普遍认为固体的起源是由尘埃的粘性碰撞产生的,但在氢冰山的情况下,这个理论就站不住脚了。“一个公认的形成千米大小物体的方法是先形成微米大小的颗粒,然后这些颗粒通过粘性的碰撞而生长。”黄力说。“然而,在气体密度高的地区,气体碰撞产生的加热可以使颗粒上的氢地幔迅速升华,这会阻止它们进一步生长。”
此外距离地球最近的分子云是W51,它距离地球只有1.7万光年,很有可能这就是奥陌陌的故乡。但前提假设是,作为一块氢分子冰,它可以安全到达太阳系。哈佛大学教授弗兰克·B·贝尔德认为氢冰山的旅行需要数千万甚至上亿年,而固态氢会蒸发过快而完成不了最终的旅程。
此外分子云中的碰撞加热引起的热升华,可能在“奥陌陌”大小的氢分子冰山逃逸之前就将它们破坏掉了。这也可以排除奥陌陌是从分子云到达我们太阳系的理论。
明年的希望
奥陌陌的出现的确让科学界大吃一惊。它身份神秘,成份特殊,轨道和加速仍有需要解释的地方。然而让科学家不得不担心的是它的近地轨道。虽然这次我们“侥幸逃脱”,但如果未来另一个“奥陌陌”撞到地球,它会轻易摧毁整个城市。
根据其大小及速度,科学家估计如果奥陌陌与地球相撞,其破坏力相当于2050枚广岛原子弹同时爆炸。撞击区域50公里内的一切都可能会被蒸发掉。如果是人口稠密区,这将导致数十万到数百万人的死亡。
天文学家估计,一个类似“奥陌陌”的星际物体大约每年都会穿过太阳系内部一次。但它们很小,速度很快,很难被发现。这次奥陌陌被Pan-STARRS1望远镜捕捉到是很幸运的,尽管Pan-STARRS1是专门为探测这种天体设计建造的。
Vera C. Rubin天文台
不过一个好消息是,一些针对这种天体的设备马上就会投入使用。2015年4月14日开始建造的Vera C. Rubin天文台(VRO)将于2021年投入使用,这将大大增加我们捕捉到“奥陌陌”这种访客的身影的机会。根据天文学家估计,VRO每月就应该能探测到一个与奥陌陌类似的物体。
或许未来还有更神奇的事件发生。