太阳系首个外来客为何形状诡异还突然加速?中国学者提出解释

  北辰区     |      2020-04-17 03:42:30

2017年,人类历史上首次发现有“外来客”闯进了太阳系。那是一颗外形异常狭长的天体,速度很快,且似乎会自己“加速”。走位比彗星更飘忽,却又没有彗星的尾巴。甚至有哈佛科学家猜测,那是一艘外星帆船。

而《自然-天文学》(Nature Astronomy)4月13日晚间发表的一篇研究提出了一种统一星际访客奥陌陌(Oumuamua)所有诡异之处的可能解释。奥陌陌的前身是一颗岩石超级地球,或还没有成为行星,就因太靠近恒星而被撕裂抛洒,其中有一块恰好路过了我们的太阳系。在多孔的表面下,它深藏着水冰。

论文的两位作者分别是中国科学院国家天文台的张韵和美国加州大学圣克鲁兹分校天文系教授、清华大学高等研究院访问教授林潮。

远方的信使

“奥陌陌”于2017年10月19日被夏威夷的泛星巡天望远镜发现,它呈暗红色,身形异常狭长,长宽比超过6,像一支雪茄。

国际天文联合会将它命名为1I/ Oumuamua,I代表着星际天体,奥陌陌就此成为了人类在这个类别里记录的第一笔。Oumuamua在夏威夷语中意为“远方的信使”,不仅说它远道而来,也形容它速度很快。

科学家们估算,奥陌陌以每秒25.5千米的速度进入太阳系,随后一度达到每秒44千米,短短两个月后,地球上最灵敏的望远镜也难以再看清它的身影。

奥陌陌外形狭长,像一支雪茄

更引人好奇的是,奥陌陌的运动轨迹很飘忽,不能完全用引力来解释。换句话说,它看上去有额外的“动力”。

这点在彗星身上倒是会发生:彗星含有丰富的冰物质,受太阳辐射而升华,在身后留下长长雾状的彗尾。因此,中国民间把彗星称为扫把星。这种“扫把”尾巴就像喷气式推进器一样,为彗星提供了额外的加速度。

奥陌陌在靠近太阳时发生了加速,似乎可以用彗星机制来解释。

然而,初步观测显示,奥陌陌的外形更像小行星而非彗星,且找不到有彗星活动的证据。

一向脑洞大开的哈佛大学理论物理学家Avi Loeb又趁机抛出了他的“星际光帆”假说,即奥陌陌可能是一艘外星文明制造的飞船,受光子的推力前进,就像帆船被风鼓动。

美国搜索外星文明研究所(SETI)则表示,并未在奥陌陌上找到人工无线电信号。

一种统一的解释性

可以说,此前关于奥陌陌的假说往往顾此失彼,能解释一点却难以说通另一点

张韵和林潮建立了一种能够兼顾奥陌陌许多罕见特性的模型,包括其不寻常的扁长外形,缺乏雾状的彗发,以及在飞掠太阳时出现的非引力加速。

他们的模型表明,如果奥陌陌的母体离恒星的距离在几十万千米之内,收到恒星强大引力场支配,就会在恒星潮汐力的作用下扭曲,然后瓦解。母体随即会产生许多形状非常扁长的旋转碎块,这些碎块具有足够的动能,可以逃离这个行星系统。

模拟不同距离下的潮汐撕裂过程与碎片形状

母体的表面在这个过程中会变得很灼热,大部分挥发性物质从而蒸发。但作者认为在奥陌陌多孔的表面之下,其更深层可能保留了水冰,在飞掠太阳时升华,从而解释非引力加速度,但没有出现很明显的喷气现象。

这个母体可能是一个千米级别的星子(相当于行星胚胎的星云),或是一颗“超级地球”(比地球大很多的岩石行星),最初绕着一颗低质量恒星或白矮星旋转。