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如何判斷太空岩石是否來自太陽系之外?


博科園【博科園-科學科普】月日天文學家發現了一個與我們以前所見過的物體不同的東西:一個巨大的光線穿過太陽系內部。A/U是最可能的星際起源的,月日離太陽最近的。這顆彗星以每秒英里(每...

- 2017年12月24日17時26分
- 科學文摘 / 博科園

博科園

博科園-科學科普10月19日天文學家發現了一個與我們以前所見過的物體不同的東西:一個巨大的光線穿過太陽系內部。

A/2017 U1是最可能的星際起源的,9月9日離太陽最近的。這顆彗星以每秒27英里(每秒44公里)的速度飛行,從地球和太陽離開太陽系。圖片版權:NASA / JPL-Caltech


當然這聽起來像任何舊的小行星或彗星碰巧經過接近太陽,但這個很特別,不同於我們所見過的其他小行星是來自小行星帶,柯伊伯帶,甚至遠離奧爾特雲,這是完全不同的。事實上天文學家得出結論,它完全來自太陽系之外,有一件事要告訴我們,事實就是如此,但要理解是如何知道的,這是另一回事了。

麥克諾特彗星,2006年由澳大利亞維多利亞拍攝。塵埃尾是白色的,瀰漫(彎曲),而離子尾則是薄的,窄的,藍色的,並且直接指向遠離太陽。圖片版權:Soerfm / Wikimedia Commons

當一個物體靠近太陽的時候,這就是判斷它是否像星形或像彗星一樣的方法。如果長出一條大尾巴,很可能在太陽系外形成,裡面充滿冰和其他揮發物。彗星有兩條尾巴——藍色的,直的,白色的,彎曲的——是因為這些揮發物,其中直的是由離子引起的,而彎曲的是由塵埃引起的。但小行星的揮發量要低得多,而且往往只在短時間內產生尾巴(只有少數幾次),然後才會留下一個固體核心。

對一顆經過地球的小行星的概念圖。小行星沒有尾巴或comas,特別是在它們經過一個內部太陽系的多次近距離後。圖片版權:P. Carril / ESA


當天文學家用泛斯塔爾望遠鏡觀察這個可疑的天體時,所看到的是一個靠近的天體,它的反射很小,完全沒有尾巴,它完全是在自然界中,儘管在太陽系內部是如此的接近。這告訴天文學家它是自然的,或者至少所有剩下的都是固體,非揮發性的核心。

這個類似小行星的物體,現在被稱為A /2017 U1,很可能來自太陽系之外。圖片版權:Paulo Holvorcem & Michael Schwartz, Tenagra Observatories

但當檢查它的軌道時,一個真正的震驚出現了:首先它高度傾向於太陽系的平面,這通常只發生在由奧爾特雲或外柯伊伯帶的物體上。像這樣的小行星實際上是聞所未聞的。第二它移動得很快。即使你從這個物體開始到一個無限的距離,讓太陽系統的全部引力作用把它拉進來,它也不會這麼快地移動。要想讓物體以如此巨大的速度運動,唯一的方法就是與一個巨大的行星:一個氣態巨行星進行引力彈射。

但這就是第三個驚喜出現的地方。如果追溯它的軌道就不可能是這樣的。沒有一個行星在過去遇到過它,這是完全的引力。

這張我們太陽系的示意圖顯示了一個/ 2017

U1(虛線)的戲劇性路徑,它穿過了行星的平面(被稱為黃道),然後轉身離開。inset展示了該物體在太陽系內部的路徑,其中有一個短的固體部分,展示了在這個過程中可以通過大型望遠鏡觀察到的物體的兩個星期的小段。相比之下,彗星的細長軌道,也就是我們太陽系的一部分,也被描繪出來。圖片版權:Brooks Bays / SOEST Publication Services / UH Institute

for Astronomy

可以想像在外面的太陽系裡有大量的物體,比如遙遠的奧爾特雲。可以想像,像行星九這樣的想法不僅是有效的,而且還有許多這樣巨大的物體。但即使是這樣,也無法解釋這個物體。正如最近的研究所顯示的那樣,即使是巨大的行星之間的引力碰撞也可以使速度達到1000米/秒。然而從A /2017

U1的觀察,知道它以超過20000米/秒的速度進入我們的太陽系。它不可能來自小行星帶,柯伊伯帶,甚至奧爾特雲。

我們太陽系的一個對數圖,一直延伸到最近的恆星,顯示了小行星帶柯伊伯帶和奧爾特雲的延伸。然而,A /2017 U1的所有屬性都指向了太陽系外的起源。圖片版權:NASA / public domain

唯一的可能是它來自另一個太陽系!這並不完全令人驚訝,因為我們生活在一個充滿了數以億計的恆星的星系中,而且由於重力的相互作用,小行星和彗星經常會從我們自己的太陽系中被噴射出來。星際空間必須充滿如此小的行星,而這個行星只有幾百米寬。結論是不可避免的——這個物體來自太陽系以外的地方。


根據對2017年10月19日和之後的觀測結果計算,星際小行星A /2017 U1的預計軌道。圖片:Tony873004 of Wikimedia Commons

這意味著什麼呢?這意味著第一次發現並驗證了來自太陽系外的一個物體。這意味著已經確認即使解決了太陽系中小行星和彗星的行星保護問題。這意味著已經證明了我們有能力去發現和探測這些外星訪客。

據近地天體研究中心(CNEOS)的經理保羅·喬達斯(Paul Chodas)說:

我們已經等了幾十年了。從理論上講,這種物體存在——小行星或彗星在恆星之間移動,偶爾通過我們的太陽系,但這是第一次這樣的發現。到目前為止,一切都表明這很可能是一個星際物體。

如果移動的太快,在行進經軌道上沒有遇到任何行星,就可以知道是不是從這裡來的。我們完全希望它的密度和物理性質與我們自己太陽系中的小行星不同。也許隨著時間的推移,還會發現下一個這樣的闖入者!

知識:科學無國界,博科園-科學科普

作者:Ethan Siegel(天體物理學家)

來自:Forbes science

編譯:中子星

審校:博科園


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