本文最初发布于 Knowable Magazine。
2017年10月17日和18日，一个不同寻常的天体飞速划过夏威夷茂宜岛一座火山峰顶附近一台大型望远镜的视野。Pan-STARRS1望远镜的设计初衷是为了探测小行星或彗星飞掠等瞬时事件。但这次不同寻常：这个天体并不受太阳或任何其他天体的引力束缚。它来自别处。
这个神秘的天体是第一个被观测到穿越太阳系的来自外太空的访客。天文学家将其命名为1I/‘Oumuamua，取自夏威夷语，大致意为“远方而来的第一位信使”。两年后，也就是2019年8月，业余天文学家Gennadiy Borisov使用他在克里米亚Nauchnij的MARGO天文台建造的望远镜，发现了另一位已知的星际闯入者，现命名为2I/Borisov。
虽然太阳系内典型的小行星和彗星会绕太阳公转，但‘Oumuamua和Borisov是星际游民，它们大部分时间都在星际空间游荡。这类闯入者在太阳系中的存在曾被推测，但科学家们认为它们应该非常稀少。“我从未想过我们会看到一个，”德国于利希超级计算中心的や天体物理学家Susanne Pfalzner说。至少在她有生之年不会。
通过这两项发现，科学家们现在怀疑星际闯入者比预想的要普遍得多。加州大学洛杉矶分校的行星科学家David Jewitt估计，仅在海王星轨道内，就可能存在约10,000个‘Oumuamua大小的星际天体。Jewitt是2023年《Annual Review of Astronomy and Astrophysics》上关于星际闯入者当前理解的概述的合著者。
研究人员正忙于回答这些外来天体的一些基本问题，包括它们的起源以及它们如何在大西洋中游荡。闯入者也可能为我们提供一种新的方式来探测遥远行星系统的特征。
但首先，天文学家需要找到更多这样的天体。
“我们目前有点落后，”Jewitt说。“但我们预计会看到更多。”
外星起源
至少自18世纪初以来，天文学家就考虑过星际天体存在的可能性。最近，计算机模型表明，太阳系在很久以前就曾因与巨行星的引力相互作用，将自身的一小部分天体送入了星际空间的虚无之中。
科学家们曾预计大多数闯入者会是主要由冰质材料组成的系外彗星。Borisov符合这一特征：它有一个由冰在近距离飞掠太阳时蒸发形成的尘埃和气体组成的彗尾。这表明它起源于行星系统的外围区域，那里的温度足够低，气体（如一氧化碳）可以冻结成岩石。某时某刻，某个东西将大约一公里直径的Borisov从其系统中弹出。
一种潜在的罪魁祸首是恒星的掠过。一项由Pfalzner领导的近期研究表明，一颗 지나가는 恒星的引力可以将被称为“星子”的小天体从系统的外围弹出。如果一颗小行星或彗星足够接近一颗巨行星，那么行星的引力拉力可以使这个较小的天体加速，从而逃脱恒星的束缚。当行星在其行星系统中迁移时，也可能发生近距离接触，就像海王星在早期太阳系中被认为那样。
另一方面，‘Oumuamua并非科学家所预期的那样。观测表明它相当细长——可能长240米，宽仅40米。与Borisov不同，它没有显示出任何气体或尘埃活动，这增加了它可能起源于离其恒星更近区域的可能性，那里的温度太高，不适合冰的形成。如果真是这样，恒星的掠过或巨行星可能无法将该天体从其系统中弹出。相反，它可能是在其恒星死亡的最后时刻被弹射出来的：一颗垂死恒星发出的气体脉冲可以将行星和星子向外推，使其轨道不稳定，最终将其中一些送入星际空间。
然而，‘Oumuamua也有可能形成于其系统的寒冷外围区域，并且在接近太阳时，形成了一个望远镜未能探测到的气体尾巴。一个线索是，该天体的加速速度超过了仅靠太阳系的引力所能解释的范围。一项近期研究表明，这种加速可能来自于微量的氢气释放，而望远镜未能探测到。根据另一项研究，我们太阳系中的一些小行星可能获得了类似的来自水蒸气释放的推动。詹姆斯·韦伯太空望远镜以及日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的“隼鸟2号”探测器（将于2031年与其中一个被称为“暗彗星”的太阳系小行星会合）的未来观测，可能会探测到低水平的释气。
康奈尔大学行星科学家Darryl Seligman表示：“我们将不得不拭目以待，但它们可能是‘Oumuamua的类似物。” Seligman与Jewitt共同撰写了星际闯入者的综述。
搜寻游牧者
更多闯入者的数据可能有助于解决其中一些问题。为了收集这些数据，科学家们需要提高在它们飞掠太阳系时探测到它们的几率。“如果Pan-STARRS1在那晚没有观测到我们观测到的位置，‘Oumuamua很可能永远不会被发现，”天文学家Robert Weryk说，他曾是夏威夷大学的一员，并在望远镜数据中发现了这位闯入者。
即将在维拉·鲁宾天文台进行的“宇宙空间和时间遗产巡天”（Legacy Survey of Space and Time）有望提高天文学家发现这些快速移动天体的机会：从2025年开始，该天文台的望远镜将每隔几天对可见的南天球进行一次成像，其主镜直径比Pan-STARRS1大近7米，使其能够看到更远、更暗弱的天体。一旦探测到闯入者，地面和太空望远镜将对其进行成像，以确定其成分。如果发现一个可触及的目标，欧洲空间局和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）将于2029年发射的“彗星拦截器”（Comet Interceptor）可能会被重新定向，近距离拍摄这位访客。
最终，天文学家希望建立一个类似于系外行星目录的星际天体目录，该目录自1992年首次发现以来，其条目已增长到5500多个。未来的这个目录可以帮助研究人员回答关于地球和太阳系有多典型的长期问题。大量星际天体的组成成分可以提供关于系外行星系统（包括那些可能支持生命的系统）构成信息。
康涅狄格州米德尔敦卫斯理大学的天文学家Meredith Hughes说：“星子是系外行星的组成部分。”这意味着它们“可以提供关于环境多样性的信息，包括那些可能宜居的环境。”
现在，‘Oumuamua已经超出了海王星的轨道，而Borisov彗星也几乎同样遥远。它们将继续它们的旅程，回到星际空间，接下来会发生什么，谁也无法猜测。也许它们将永恒地在浩瀚的宇宙虚空中游荡，或者可能被一颗恒星捕获。或者它们可能会在一个新行星系统中坍缩成一个不断演化的气体和尘埃盘，重新开始它们的旅程。
天文学家估计，银河系中的星际天体可能比可观测宇宙中的恒星还要多。找到更多这样的天体将为我们探索宇宙的奥秘提供新的途径。
Pfalzner说：“真正酷的是，星际天体来到我们身边。”
本文最初发表于 Knowable Magazine，这是一个独立的、来自《年鉴评论》的新闻报道。注册 时事通讯。
