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所以,“奥陌陌”是外星飞船吗?

小龙哈勃 发表于  2018-11-16 10:46

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)

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)

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

“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)"Nature559(7713): 223–226.
  3. Ye, Q.-Z. et al. "1I/ʻOumuamua is Hot: Imaging, Spectroscopy and Search of Meteor Activity"The Astrophysical Journal Letters851 (1): L5. 

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全部评论(20)
  • 1楼
    2018-11-16 11:06 在雨夜

    它的速度还是太慢了。

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  • 2楼
    2018-11-16 11:40 Karlson

    之前说没有观察到其具备彗星的表现,气体和尘埃不容易被发现,尤其对于这么暗淡的不明飞行物而言。彗星通常是因为其亮度比较高,所以容易发现被太阳风吹散的气体和尘埃。那么有没有可能它本身就又喷气引擎,只是为了维持姿态或者为了避免被其他天体捕获时才启动,所以我们观测的时候,根本无法发现它在“喷气”?

    本文又说Marco Micheli团队说这个非引力项应该很强(图我看不懂),但是这么强的非引力项应该可以被观测到“喷气”的表现。那么根上面提到的,只有在避开天体时才开启引擎也说的过去。

    外星探测器的可能性还是蛮大的

    另外,我们不是从发现到其无法观测到的这段时间里,很多人对它进行了追踪观测么?那么速度、距离、尺寸等参数,在天文界应该有一个公认的值吧?而它的轨道(或者说轨迹)也很明显。有了这么多已知量,再计算几个未知量应该不难啊。推测几组可能的质量,和可能的推力(非引力项)。再加上光帆的影响,或者其他非引力项(如推进器),对其进行轨迹拟合,基本能知道一些东西了。

    另外,我们仅仅五个多月,就无法观测到它了。而众筹一个追上它的探测器,得多长时间?一年?两年?一年后,我们还知道它的位置吗?现在都只能靠计算来推测坐标,一年后,我们发射,然后追击。追上是什么时候?两年后?两年后它到哪儿了?嗯,应该还在太阳系,但是坐标恐怕不好算了。


    嗯,我就是唯恐天下不乱,很希望它是一个外星探测器


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  • 3楼
    2018-11-16 12:39 地球上的裸猿

    有想象力是好的。

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  • 4楼
    2018-11-16 18:52 combok
    引用@Karlson 的话:之前说没有观察到其具备彗星的表现,气体和尘埃不容易被发现,尤其对于这么暗淡的不明飞行物而言。彗星通常是因为其亮度比较高,所以容易发现被太阳风吹散的气体和尘埃。那么有没有可能它本身就又喷气引擎,只是为了...

    彗星喷气的原因是内部的 冰 由于热而融化,融化了被剥离出来。而热源是唯一的——太阳。所以就会出现一个现象——彗星的彗尾必定背向太阳。而彗尾成分含水很多,光照会出现各种折射反射,所以亮度都挺高的

    太阳,地球,彗星三者的相对位置是不断变化的,所以如果存在彗尾的话在不同时间去观测就肯定会发现(相对位置变化了)

    然而现在的各种观测都没看到,基本就确定不是彗星了。不是彗星但是运动路径像彗星奇怪就在这。。。。。

    这石头是什么就只有自行脑补了,科学家都不敢下定论呢

    [0] 评论
  • 5楼
    2018-11-16 18:56 combok
    引用@Karlson 的话:之前说没有观察到其具备彗星的表现,气体和尘埃不容易被发现,尤其对于这么暗淡的不明飞行物而言。彗星通常是因为其亮度比较高,所以容易发现被太阳风吹散的气体和尘埃。那么有没有可能它本身就又喷气引擎,只是为了...

    石头跟石头,运动路径就是引力的结果。彗星会抛出物质,这过程形成推力。所以路径会变

    现在的观测意思就是:这是一个不抛出物质但是有很强推力的石头。。。。。继续脑补吧。。。。。。

    [0] 评论
  • 6楼
    2018-11-17 05:15 路小艾

    这明显就是啊!还用想?

    [0] 评论
  • 7楼
    2018-11-17 05:19 路小艾

    “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。”

    话说,这不就是跟丢了吗?我们平时说跟丢了一个人,不就是那个人走太远了——或者被建筑墙角挡住什么的——归根到底是我们看不到了。

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  • 8楼
    2018-11-17 16:16 听雨

    那么,即使不是人工制品,也是一种人类不知道的奇异天体,值得追上去看看吧。

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  • 9楼
    2018-11-17 16:50 思y念t

    这个天琴计划嘛
    我,,想尽一点绵薄之力的,可是,。看不懂。
    谁能帮助我等一下?
    [感谢]

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  • 10楼
    2018-11-18 18:08 CBP
    引用@路小艾 的话:这明显就是啊!还用想?

    当然用想,人类对这类超小型的来自太阳系外的天体的认识极少,甚至说极少都是夸人类,基本就是一窍不通的状态,因为实在太小以人类现有的观测手段几乎都发现不了,我们对恒星,行星,还有其他各种天体的了解都远远多于这种恒星系外游荡的超小型天体.但是很显然理论上来说这种跨星系游荡的超小型天体在这个宇宙中应该有很多很多,应该远多于我们所知的大型天体,只不过我们观察不到所以无法研究而已,好不容易盼来一个孤证,对其特点感到新奇和难以理解是再正常不过的事情.


    那么有可能,奥陌陌不过是这类天体里很普通的一个而已,很可能当未来人类的科技更加发达,可以去观测和研究更多的此类天体之后,会发现这种运动状态只是这类天体很普通的特点之一而已.


    所以说我们对这类天体认识如此之少的情况下,就下结论说我不能理解其运动状态,所以一定是飞船,是很不负责任的结论,连想都不想,就更不是科学态度了.

    [1] 评论
  • 11楼
    2018-11-19 05:51 路小艾
    引用@CBP 的话:当然用想,人类对这类超小型的来自太阳系外的天体的认识极少,甚至说极少都是夸人类,基本就是一窍不通的状态,因为实在太小以人类现有的观测手段几乎都发现不了,我们对恒星,行星,还有其他各种天体的了解都远远多...

    。。。没想到你竟然这么认真的回复

    [0] 评论
  • 12楼
    2018-11-19 10:49 Karlson
    引用@combok 的话:彗星喷气的原因是内部的 冰 由于热而融化,融化了被剥离出来。而热源是唯一的——太阳。所以就会出现一个现象——彗星的彗尾必定背向太阳。而彗尾成分含水很多,光照会出现各种折射反射,所以亮度都挺高的太阳,地...
    引用@combok 的话:石头跟石头,运动路径就是引力的结果。彗星会抛出物质,这过程形成推力。所以路径会变现在的观测意思就是:这是一个不抛出物质但是有很强推力的石头。。。。。继续脑补吧。。。。。。

    谢谢,所以我觉得很奇怪,估计天文学家们也觉得很奇怪。“一块石头”,怎么它的运动姿态就跟普通的石头不一样,跟彗星也不一样。现在可以排除是彗星的可能,因为没有观测到从它身上剥离水冰尘埃等现象,那么至少它不是我们定义的那种“彗星”。而它的运动轨迹,又说明它并不是一块普通的死石头。那么极有可能是“活的”。

    所以,我觉得根据距离、大小、形状、速度、轨迹等,可以推测几组数据,如质量、非引力项大小,以及可能的那种间断性的非引力项(当然也可能是持续的非引力项作用,如光帆)。间断或者持续,可能距离太远,坐标误差会导致很难推测究竟是间断的还是持续的。不过总之应该可以推测是否存在一个“人为施加”的推力。因为尺寸可以测算,形状可以观测,那么可以推算是否可能有比光帆推力更大的作用力。当然,这个也不是个确定的值,因为它同时自身还在翻滚,那么光帆的作用力其实也是时有时无。

    比较有意思的东西啊,要是真能追上去观测,甚至近距离研究,或者干脆“登陆”上去进行探测,也许能发现更多有趣的东西。或者有助于我们对河外星系文明的理解也说不定。

    [0] 评论
  • 13楼
    2018-11-19 17:11 企鹅骑士队长
    引用@Karlson 的话:谢谢,所以我觉得很奇怪,估计天文学家们也觉得很奇怪。“一块石头”,怎么它的运动姿态就跟普通的石头不一样,跟彗星也不一样。现在可以排除是彗星的可能,因为没有观测到从它身上剥离水冰尘埃等现象,那么至少它不...

    嗯,追上它?不可能。

    它好像非常非常的快,是26公里/秒而且近似于垂直黄道面,远超第三宇宙速度16.7公里/秒,以人类科技用化学能火箭外加光帆和等离子推进实现26公里/秒不是不可能,但是需要很长时间多次引力弹弓才行,想在近似于垂直黄道面的特定角度实现26公里/秒,取决于复杂的轨道设计和几大行星的位置是否合适,几乎不现实。

    也许真是外星飞船前来借助太阳掉个头。

    庆幸吧,他只有小号小行星那么大,要是木星那么大,将会彻底扰乱太阳系行星轨道,人类就玩完了。说不定直接把地球弹出太阳系,流浪地球直接实现,星际文明提前到来了。

    [0] 评论
  • 14楼
    2018-11-19 17:25 企鹅骑士队长

    被自己的流浪木星吓到了,话说要真是流浪木星来了,留给人类的反应时间有多少呢?够一代人活命不?

    拼死爬科技树,做最后一搏?

    假设人类在200亿公里远发现26公里/秒的流浪木星,冥王星远日点74亿公里,这个假设在数量级上靠谱。它飞到地球的用时是585年,考虑到受太阳引力影响会越来越快,而且也不用飞到地球附近,越过木星轨道,地球轨道就会受到很大影响。留给我们的时间至少会有200年,好像死命点科技树期待技术爆炸时间也够。

    [0] 评论
  • 15楼
    2018-11-19 17:38 Karlson
    引用@企鹅骑士队长 的话:嗯,追上它?不可能。它好像非常非常的快,是26公里/秒而且近似于垂直黄道面,远超第三宇宙速度16.7公里/秒,以人类科技用化学能火箭外加光帆和等离子推进实现26公里/秒不是不可能,但是需要很长时间多次...

    星际地球差不多,地球流浪了,文明么,以人类目前的科技水平,这个状态文明只有灭亡了。

    我一直不知道这个陌陌的速度是多少,原来这么快。外星探测器的可能性很大,像我们人类就搞了很多探测器,如越过冥王星的新视野号,没准哪天就飘到某个文明星球附近去了。

    不过要木星那么大,以地球的能源水平,也发射不了,外星科技么,恐怕弄这么大只的飞船当漂流瓶玩,恐怕也太暴殄天物了,能量啊,这么大只的发射,能量对哪个文明都不是小事儿啊。

    话说,垂直黄道面切进来,还真能避开很多东西,如柯伊伯带的复杂航道。难道真是外星探测器?

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  • 16楼
    2018-11-19 21:48 CBP
    引用@Karlson 的话:星际地球差不多,地球流浪了,文明么,以人类目前的科技水平,这个状态文明只有灭亡了。我一直不知道这个陌陌的速度是多少,原来这么快。外星探测器的可能性很大,像我们人类就搞了很多探测器,如越过冥王星的新视野...

    这么大的玩意还发射什么.....直接在恒星系里找个引力平衡点开建啊,建材上估摸着完全拆掉几颗行星就够建了.

    [0] 评论
  • 17楼
    2018-11-20 10:16 Karlson
    引用@CBP 的话:这么大的玩意还发射什么.....直接在恒星系里找个引力平衡点开建啊,建材上估摸着完全拆掉几颗行星就够建了.

    good idea

    然后它自己就是颗行星了,巨大的引力,让他容易被俘获,又容易俘获其他小行星。


    额,有个问题我想请教,假如一颗流浪行星,在流浪过程中,不停的吸积空间里的碎片,甚至跟小行星合体,最后它有没有可能变成一颗恒星?

    [0] 评论
  • 18楼
    2018-11-20 16:53 大头米少

    多好的科幻素材

    [0] 评论
  • 19楼
    2018-11-22 18:19 企鹅骑士队长
    引用@Karlson 的话:good idea然后它自己就是颗行星了,巨大的引力,让他容易被俘获,又容易俘获其他小行星。 额,有个问题我想请教,假如一颗流浪行星,在流浪过程中,不停的吸积空间里的碎片,甚至跟小行星合体,最后它有没...

    宇宙并不是大鱼吃小鱼。而是因为大家相对速度极大,小天体遇到大天体,有可能会撞上,更有可能会被引力弹弓弹出。如果要是差不多大小的天体撞上,不是变成一个更大的天体,而是装得稀碎,变更很多小天体。

    [0] 评论
  • 20楼
    2018-11-24 10:05 颠覆常识

    二向箔引爆失败!!!

    [0] 评论

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小龙哈勃
小龙哈勃 科学松鼠会成员,现为加州理工学院博士后研究员,在兹维基巡天设施(Zwicky Transient Facility)担任小行星搜寻专员。他还是瑞士国际太空科学研究所“奥陌陌”专家组成员。

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