奥陌陌”都飞远了，你才跟我说它没准儿是外星飞船？

水库2019

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）。




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 | 欧洲南方天文台



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？



神秘天体如何加速？



“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 | 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。



运行必须要“喷气”？



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） | 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。



“奥陌陌”从何处来？



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 | 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。