奥陌陌

太阳系内发现的系外天体

奥陌陌(Oumuamua,别名C/2017 U1 (PANSTARRS)、A/2017 U1、1l/2017 U1)是已知的第一颗经过太阳系的星际天体。Oumuamua在夏威夷语中意为“侦察兵”或“信使”。2017年10月19日,被科学家们发现。ʻOumuamua直径在百米级,以每秒26公里左右的速度从天琴座方向冲进太阳系,近乎与黄道面垂直。呈现一个雪茄状,大约长400米,宽40米,颜色偏红,具有固态表面,但是不能区分或岩石金属构成。是人类首次在太阳系内发现系外天体。

名称来源
作为首次发现的这种源自太阳系外的天体,不管是科学家还是大众,都是非常兴奋的。那么首先遇到的问题就是如何来命名这个天体。根据它的发现时间和类别,它被国际天文学联合会(Internatioanl Astronomical Union)给予了一个永久的科学名字1I/ʻOumuamua,“1I”中的字母I代表了星际天体,1是此类天体中的第一个。
当然,在大众传播的过程当中,昵称往往更容易为大众所记住,所以除科学名称之外,作为此天体的发现者,泛星计划望远镜的科学家们利用夏威夷当地的土语命名它为ʻOumuamua,意味着“第一位来自远方的使者”。
尽管此天体被美国科学家所发现,因为它奇特的形状,以及它起源于太阳系外,因此也是引起了很多中国媒体和大众的关注,也引起了全国科学技术名词审定委员会天文学名词审定委员会(简称名词委)一些委员的兴趣。名词委的委员们注意到,因为还没有标准的中文名,国内媒体在报道的时候,很多都用了英文ʻOumuamua的意译版,直接翻译成“远方信使”或者其他类似的名称。
为了更好的传播,名词委的部分老师建议尽快确定此天体的标准中文翻译。在此建议之上,考虑到其原来的名字含义,很多委员提出自己的建议和理由。比如有委员提出“青鸟星”,也有委员提出“远方信使”,还有“远方客” “星际来客”、 “远游星”、“访客星”等等。同为名词委委员的陈学雷老师另辟蹊径,建议可以音译翻译成“奥陌陌”星:一方面可以保留此星原有的命名特色,另外一个方面,此名字的含义和原意也有符合,“”有神秘莫测之意,“”意味着远方的信使。在此中文名提出之后,得到了绝大多数委员的赞同和支持,天文学名词委员会就公布“奥陌陌”为“第一个系外天体”的中文名称。
天文发现
2017年10月19日,当泛星巡天望远镜发现这位“不速之客”时,它距离地球0.2个天文单位,大约3000万公里。一开始,科学家们认为这是颗彗星
2017年10月25日,位于智利甚大望远镜(VLT)拍摄照片显示,奥陌陌并不具备“彗发”,因此认为其并非主体由冰块构成的彗星,而是由岩石构成的小行星。这意味着,奥陌陌诞生于母星系的冰线之内。
2017年11月6日,国际天文联合会将该小天体命名为1I/ʻOumuamua。I是专为它新设的星体编号,意为星际天体(Interstellar object)。
结构特征
呈现一个雪茄状,大约长400米,宽40米,颜色偏红,具有固态表面,但是不能区分或岩石或金属构成。
运行数据
奥陌陌直径在百米级,以每秒26公里左右的速度从天琴座方向冲进太阳系,近乎与黄道面垂直。且速度远超太阳系内的小天体。
按照现有的观测和计算结果,此天体在2017年的9月9日达到了近日点,在以大约每秒40公里的速度离开太阳系。在11月1日,经过了火星轨道上空。因为此天体很小很暗,对于此天体的观测将持续到12月中旬左右,在此之后,因为太暗的缘故,即使使用地球上最大口径的望远镜,也很难再观测到了。
在只受引力的影响时,小行星会严格遵循由引力计算出的轨迹运行。但观测到的数据表明,直到2018年1月2日,奥陌陌的位置与计算出的轨道存在4万公里的偏差(2018年5月3日差值达到10万公里)。因此需要加入一个非引力加速度来解释其运行轨迹。如果仅仅受到万有引力的作用,其轨道应该如图(奥陌陌受力观测)中红线位置所示,实际观测到的却是蓝线。
科学家计算出奥陌陌的非引力加速度在已知的彗星里也显得突出,即便其没有被观测到类似彗星喷射物质的特征。
2018年10月,报道称科学家无法再通过斯皮策太空望远镜捕捉到奥陌陌的踪影。按照计算,奥陌陌应正处在木星土星之间,4年后就将越过海王星轨道,一去不返。
科学研究
据推测,奥陌陌可能来自太阳系附近的一个恒星团,距离地球大约163至277光年。在某个年轻恒星原行星盘中形成,并在4000万年前被一颗行星抛出,弹射速度大约为1至2千米/秒。在分析了欧洲航天局(ESA)盖亚任务的恒星数据之后,天文学家推测这片区域位于船底座-天鸽座星协(比星团更为稀疏的恒星群),可能是杜鹃座-时钟座星协中的大规模恒星形成活动的一部分。
据多个望远镜对奥陌陌的轨道测量,发现它受到来自太阳、行星与气体和尘埃释出导致的作用力,因此属于彗星成分也有天体物理学家如亚伯拉罕·勒布相信,奥陌陌是利用光帆推进的外星飞船。
哈佛大学天文系系主任、Frank B. Baird Jr.讲席教授Avi Loeb和他的博士后Shmuel Bialy发表的一篇论文提出,它有可能是“一艘人工制造的光帆飞行器”。也有科学家对这种假设表示反对,并提出其非引力加速度是由物质喷射产生。
英国《自然·天文学》杂志2020年4月10日发表的一项研究指出,“星际访客”奥陌陌是一个行星天体的碎块,这个行星天体可能因为靠着寄主星太近,被寄主星的潮汐力撕裂。这一发现或能解释奥陌陌的一些独有特性,包括其不寻常的扁长外形,缺乏雾状的彗发,以及在飞掠太阳时所受到的非引力。
ʻOumuamua 不仅带来了原生星系的蛛丝马迹,也让人类对它穿行过的星际环境有了更多认知
追赶方案
2022年,来自英国非营利组织“星际穿越研究倡议”(Initiative for Interstellar Studies)和美国“太空计划”公司(Space Initiatives Inc)的科学家提出了追上奥陌陌的具体方案。如果这个按这个方案实施,2028年从地球上发射的飞船将在26年后追上奥陌陌,并给它拍照,以供天文学家研究。
研究人员将这个方案称为“木星奥伯斯策略”(Jupiter Oberth maneuver)。按照计划,2028年探测器从地球发射,然后依次环绕金星和地球运动。研究人员说,这样可以将探测器航行到木星的燃料降到最低。大约四年后,探测器进入木星轨道,它将燃烧燃料加速,在木星的引力弹弓效应下以13.32万千米的时速飞向奥陌陌。在在此之后探测器还要航行上将近18年,最终在2050年左右接近奥陌陌。
最新研究
2022年11月,美国哈佛大学天文学家证实,2014年闯入地球大气层的流星CNEOS 2014-01-08来自另一个恒星系统,是迄今已知的地球首个星际访客,其拜访地球的时间比著名的“奥陌陌”早3年。
2023年3月23日,英国《自然》杂志发表的一项研究指出,首位“星际访客”奥陌陌(Oumuamua)之前原因不明的加速,其实是源于储冰产生的氢气。
2023年3月,美国一个研究小组最近提出,2017年发现的太阳系首个星际来客“奥陌陌”可能是一颗彗星,在漫长的旅途中,它所含的水冰有一部分变成了氢气,导致其外观与普通彗星不同。美国加利福尼亚大学伯克利分校和康奈尔大学的研究人员分析认为,“奥陌陌”接近太阳时被加热,氢气逸出产生的推力导致了它异乎寻常的加速;氢气分子较小,逸出时不足以带起尘埃,所以“奥陌陌”不像普通彗星那样有彗发和彗尾。相关论文发表在新一期的英国《自然》杂志上。
物质由核子(中子和质子的统称)构成,核子发出引力子,在空间形成引力线,引力线以波的形式传播形成引力场,处在引力场中的核子与引力能量波共振吸收引力子形成引力。奥陌陌在太阳引力场中运行,受太阳引力线的作用,会产生垂直于太阳引力线方向的位移,当奥陌陌运行在两条太阳引力线中间时,受到前后两条引力线作用的位移和方向不一样,这两个位移垂直于物体运动方向的分量会影响奥陌陌的运行方向,平行于奥陌陌运动方向的分量会影响奥陌陌的运行速度。根据力矩作用原理,两条引力线产生的位移垂直于奥陌陌运动方向的分量的合力矩会使奥陌陌产生一个垂直于奥陌陌运动方向的位移。当奥陌陌刚进入太阳系时,其运动方向与太阳引力线的夹角很小,引力线使奥陌陌产生的位移会使奥陌陌向太阳偏转,随着奥陌陌与太阳距离的变化,其运动方向与引力线的夹角会逐渐变大,当奥陌陌运行到近日点时,奥陌陌运动方向与引力线夹角等于90˚,随后随着奥陌陌的继续运行,奥陌陌运动方向与引力线夹角大于90˚,奥陌陌的前后引力线对奥陌陌作用的合力矩产生的位移背向太阳方向,此时太阳的引力线对奥陌陌产生的作用不是引力,而是斥力。由于这个斥力的存在,奥陌陌运行轨道会加速偏离标准的双曲线轨道;速度上,奥陌陌刚进入太阳系后会逐渐加速,奥陌陌过近日点(奥陌陌运行方向与引力线夹角为90˚)后,奥陌陌速度还在迅速增加,奥陌陌运行方向和引力线夹角93˚时,加速达到峰值,此后加速迅速下降,但是速度仍然在缓慢增加。通过对奥陌陌运行轨道的模拟,可以看出:奥陌陌的轨道偏离和异常加速都是奥陌陌运行方向和太阳引力线夹角超过90˚以后,受到太阳斥力的必然结果。
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