劉聲遠(yuǎn)

科學(xué)家最近首次證實(shí)有太陽(yáng)系外天體進(jìn)入太陽(yáng)系，但這也挑戰(zhàn)了現(xiàn)有的行星形成理論。

韋瑞笑稱(chēng)自己是“地球衛(wèi)士”。每天，這位美國(guó)夏威夷大學(xué)的博士后都會(huì)進(jìn)入自己位于美國(guó)火奴魯魯（檀香山市）被棕櫚樹(shù)環(huán)抱的辦公室，審閱頭一天晚上采集的來(lái)自外太空、可能威脅地球的天體信息。在地球早期預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流中，韋瑞常常是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)新的、具有潛在危險(xiǎn)性的“近地天體”的人。“全景巡天望遠(yuǎn)鏡”（或稱(chēng)“快速反應(yīng)系統(tǒng)”）位于夏威夷毛伊島哈雷卡拉火山項(xiàng)，它的兩部探測(cè)器全天候掃描太空，尋找可能偏離航道撞向地球的天體。

初看起來(lái)，“全景巡天望遠(yuǎn)鏡”在2017年10月19日夜發(fā)現(xiàn)的那個(gè)天體，不過(guò)是繁星閃爍的夜空中又一條迅速移動(dòng)的暗淡軌跡而已。那似乎是一顆飛掠的彗星或小行星，但當(dāng)韋瑞再度回顧前一晚的數(shù)據(jù)時(shí)，他才察覺(jué)到某種不對(duì)勁兒。那個(gè)天體無(wú)疑是存在的，但它卻沒(méi)有出現(xiàn)在他認(rèn)為它應(yīng)該出現(xiàn)的地方。韋瑞當(dāng)時(shí)想：“一定有什么地方出錯(cuò)了?！彼⒓唇o目前就職于歐洲空間局（簡(jiǎn)稱(chēng)歐空局）的夏威夷大學(xué)研究生米奇打電話(huà)。米奇當(dāng)時(shí)正指揮位于西班牙一座島上的歐空局“光學(xué)地面望遠(yuǎn)鏡”。于是，他倆都開(kāi)始觀測(cè)這顆“不對(duì)勁兒”的星。

這樣一來(lái)，天文學(xué)界傳出了一個(gè)驚人的消息：這個(gè)天體并未環(huán)繞太陽(yáng)。也就是說(shuō)，它并不是太陽(yáng)系天體，而是太陽(yáng)系以外很遠(yuǎn)地方的來(lái)客。科學(xué)家之前就想到過(guò)這類(lèi)星際來(lái)客會(huì)來(lái)到地球，但從未真正見(jiàn)到它們。如今終于識(shí)別了第一個(gè)星際來(lái)客（或稱(chēng)系外來(lái)客），天文學(xué)由此進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元，但也帶來(lái)了有關(guān)行星系統(tǒng)（包括太陽(yáng)系）形成機(jī)制的一系列基本問(wèn)題。

一再改名

是因?yàn)閷?duì)它的認(rèn)識(shí)不斷加深

經(jīng)過(guò)好幾個(gè)夜晚的觀測(cè)，韋瑞和米奇才終于確信自己看見(jiàn)的究竟是什么。環(huán)繞太陽(yáng)的彗星或小行星的軌道基本上都是閉合的橢圓形，而這個(gè)天體的軌道是沒(méi)有閉合的雙曲線(xiàn)，這就意味著它不是環(huán)繞太陽(yáng)的（見(jiàn)示意圖《系外來(lái)客》）。它之前已經(jīng)來(lái)到過(guò)距離地球最近處，之后它以38千米/秒的速度逐漸離開(kāi)地球，這一速度快得足以讓它逃逸到星際空間。

美國(guó)“史密森尼天體物理觀測(cè)臺(tái)”位于美國(guó)馬薩諸塞州劍橋市。該“觀測(cè)臺(tái)”是“近地天體”信息交換中心。韋瑞把自己的發(fā)現(xiàn)上傳到了該中心的近地天體認(rèn)證頁(yè)面。到了2017年10月25日，已經(jīng)有足夠的跟進(jìn)觀測(cè)來(lái)證實(shí)該天體是一個(gè)星際天體，由此它被正式命名為“C/2017 U1”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)U1）。

上述命名中，C代表彗星（英文為comet），這符合科學(xué)家預(yù)計(jì)的這類(lèi)星際旅行者的起源（即與太陽(yáng)系中的彗星相近的天體）。當(dāng)恒星從一團(tuán)坍塌的分子氣體云中形成時(shí)，一些氣體云材料會(huì)剩下來(lái)。這些材料形成攪動(dòng)的塵埃盤(pán)，盤(pán)中塵埃碰撞、合并，逐漸形成越來(lái)越大的天體，最終形成行星。殘骸天體偶爾會(huì)被碰撞力、被遷徙行星的引力或被經(jīng)過(guò)的行星的推拉等力量甩出這些巨大的“建筑場(chǎng)地”。最可能被甩出的殘骸天體是位于其所在行星系統(tǒng)邊緣的含冰天體。這些天體頗像來(lái)自于太陽(yáng)系外圍的柯伊伯帶和奧爾特云中的彗星（請(qǐng)參見(jiàn)相關(guān)鏈接：《太陽(yáng)系流浪者》）。

67P彗星。

隨著U1逐漸后退，科學(xué)家對(duì)它進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)。韋瑞的同事米茜預(yù)定了“哈勃空間望遠(yuǎn)鏡”和兩部最大的地面望遠(yuǎn)鏡（位于智利的“特大望遠(yuǎn)鏡”和“雙子南方望遠(yuǎn)鏡”）的觀測(cè)時(shí)段，專(zhuān)門(mén)觀測(cè)U1。她的團(tuán)隊(duì)主要尋找三樣?xùn)|西：彗星活動(dòng)、借以確定U1形狀的一條光曲線(xiàn)以及U1表面任何揮發(fā)物或礦物質(zhì)的光譜特征。不久后，平常致力于尋找柯伊伯帶天體的英國(guó)貝爾法斯特王后大學(xué)行星學(xué)家班尼與夏威夷“雙子北方望遠(yuǎn)鏡”中心的西瓦合作，希望了解U1的顏色。

實(shí)拍到的U1（上圖）；藝術(shù)家想象的U1（下圖）。

盡管U1的個(gè)頭相當(dāng)于一顆小彗星，長(zhǎng)不過(guò)幾百米，但它依然是非凡的。它就像彗星那樣倒栽蔥旋轉(zhuǎn)著穿行于太空，自轉(zhuǎn)周期為7～8小時(shí)。它的色調(diào)為暗紅，這一色調(diào)與歐空局“羅塞塔”飛船2014～2016年探測(cè)過(guò)的67P彗星相似。事實(shí)上，柯伊伯帶中大約15%的天體都呈暗紅色。在太陽(yáng)系中，這種色彩源自46億年來(lái)太陽(yáng)紫外光與簡(jiǎn)單碳基分子（例如甲烷）反應(yīng)，生成被稱(chēng)為“索林”的復(fù)雜紅色分子。

但U1與太陽(yáng)系彗星的相似之處也就到此為止了。當(dāng)來(lái)自太陽(yáng)系深處的彗星飛到距離太陽(yáng)較近的地方時(shí)，它們的一些冰會(huì)轉(zhuǎn)化為氣體，形成被稱(chēng)為“彗發(fā)”的可見(jiàn)大氣層，經(jīng)常還會(huì)形成彗尾。米茜的團(tuán)隊(duì)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)UI有這類(lèi)活動(dòng)的證據(jù)。U1看起來(lái)更像是惰性的小行星。于是，U1的名稱(chēng)被改為“A/2017 U1”，其中A代表小行星（英文為asteroid），接著又被改名為“11/2017 U1歐妙妙”。其中“歐妙妙”為夏威夷土著人用語(yǔ)譯音，意思是“遠(yuǎn)方來(lái)客”，字母I指的是U1的星際（英文為interstellar）起源。

U1不像彗星，這表明它可能形成于靠近自己所在行星系統(tǒng)中心的地方。如果真是這樣，那就讓人震驚了。也有可能在U1于星際空間的漫長(zhǎng)旅途中，由高能粒子（例如原子核）組成的宇宙射線(xiàn)不斷轟炸它，由此推動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)在U1表面形成了厚厚的索林層。班尼的同事菲芒推測(cè)，這樣的殼兒可能阻止了U1像彗星那樣在接近太陽(yáng)時(shí)放氣和生成彗尾，或者，U1只不過(guò)是在被宇宙射線(xiàn)的轟擊之下失去了自己的冰。菲芒認(rèn)為，U1開(kāi)始時(shí)包含大量冰。

U1軌跡示意圖。

系外來(lái)客

U1的雙曲線(xiàn)軌道大大不同于圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的彗星的閉合橢圓形軌道，這表明U1的發(fā)源地在太陽(yáng)系以外。

一再驚奇

是因?yàn)樗娴钠婀钟制婀?/p>

如今的U1看起來(lái)沒(méi)有冰，這并不是它帶給科學(xué)家唯一的大驚奇。米茜說(shuō)，U1真正驚呆他們的是它的形狀。隨著U1后退，它一直倒栽蔥自轉(zhuǎn)。在U1后退的過(guò)程中，因?yàn)樗砻娣瓷涔饩€(xiàn)的地貌面積不同，所以它的亮度持續(xù)改變。米茜觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，U1亮度變化范圍為1～10倍，這意味著U1的長(zhǎng)度是寬度的10倍。

這也讓科學(xué)家很吃驚：這樣的長(zhǎng)寬比例，在太陽(yáng)系天體中根本見(jiàn)不到。米茜推測(cè)，U1的長(zhǎng)寬實(shí)際比例比10倍還要高，從我們的視線(xiàn)看去它的自轉(zhuǎn)軸可能是傾斜的，這樣一來(lái)，我們所看到的它的長(zhǎng)度比實(shí)際要短。但其他一些科學(xué)家對(duì)此并不那么確信。美國(guó)加州大學(xué)的朱韋認(rèn)為，由于我們以相對(duì)于太陽(yáng)的一個(gè)角度觀測(cè)天體，因此光線(xiàn)可能只會(huì)從U1的一部分表面反射，這樣就可能造成它的形狀比較長(zhǎng)的錯(cuò)覺(jué)。通過(guò)自己的觀測(cè)，朱韋認(rèn)為U1的長(zhǎng)度是寬度的6倍。

如果真的只有6倍，那就不是前所未見(jiàn)的。但盡管如此，這樣的比例依然讓人驚訝。有科學(xué)家把U1說(shuō)成是美國(guó)著名科幻作家克拉克的短篇小說(shuō)《與拉瑪相遇》中50千米長(zhǎng)的外星圓筒狀飛船“拉瑪”的縮減版。曾經(jīng)有一個(gè)名為“突破性聆聽(tīng)”的致力于搜索外星文明的計(jì)劃。它甚至尋找過(guò)潛在的“拉瑪”飛船信號(hào)，但沒(méi)有成功。

如此看來(lái)，把U1設(shè)想為外星飛船屬于異想天開(kāi)（請(qǐng)參見(jiàn)相關(guān)鏈接：《似是而非外星人》），我們只能為像U1這樣的外星系怪客尋找自然性解釋。朱韋指出，如果與U1同類(lèi)的外星天體的形狀都和U1一樣，那就真有點(diǎn)怪了，因?yàn)樗鼈兊男纬蛇^(guò)程應(yīng)該和太陽(yáng)系天體一樣。我們周?chē)拇蠖鄶?shù)天體都是圓胖的，科學(xué)家認(rèn)為這是通過(guò)吸積過(guò)程形成這些天體的必然結(jié)果。

朱韋推測(cè)，U1可能只是統(tǒng)計(jì)學(xué)上的一個(gè)異常值?；蛘撸磺刑祗w在形成之時(shí)都是拉長(zhǎng)的形狀，但在漫長(zhǎng)歲月中因?yàn)閷以馀鲎捕淮蚰コ汕驙?，而U1因?yàn)檎帽恢鸪龉枢l(xiāng)星系而免遭碰撞、打磨。但也有這種可能，即某種我們未知、與吸積模型不同的天體形成過(guò)程。

如果要更好地了解U1與太陽(yáng)系天體的不同之處，那么就需要發(fā)現(xiàn)更多像U1這樣的“星際流浪者”，進(jìn)行更好的比對(duì)。好消息是，既然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)“流浪者”，那么下一個(gè)“星際流浪者”的出現(xiàn)就可能無(wú)須再等那么久。

一再發(fā)現(xiàn)

是因?yàn)樗赡苡泻芏嗪芏?/p>

在2017年2月刊登于《天文學(xué)月刊》的一篇論文中，由夏威夷大學(xué)科學(xué)家因哈領(lǐng)導(dǎo)、菲芒等參與的一個(gè)團(tuán)隊(duì)稱(chēng)，在太陽(yáng)系中發(fā)現(xiàn)系外天體的可能性很低。但U1的發(fā)現(xiàn)推翻了這一說(shuō)法。“全景巡天望遠(yuǎn)鏡”直到2016年底才開(kāi)始能探測(cè)像U1這樣的系外天體，當(dāng)時(shí)該望遠(yuǎn)鏡的第二分鏡首次看見(jiàn)U1的光，而如今科學(xué)家又在地球與太陽(yáng)之間距離一半處發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)“U1”（系外天體）的影子。

大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡（示意圖）。

朱韋把這種情況比喻為在迷霧中行船。船上的你可能會(huì)以為你們的船是孤獨(dú)的，直到另一艘經(jīng)過(guò)的船的魅影出現(xiàn)。根據(jù)這次目擊、你的可見(jiàn)范圍和你見(jiàn)到這艘船所花的時(shí)間，你可以測(cè)算你的船所在海域可能有多少艘被迷霧遮掩的船。

以此為依據(jù)，朱韋估計(jì)在海王星軌道以?xún)?nèi)，隨時(shí)都有1萬(wàn)個(gè)與U1大小相仿的系外天體穿越太陽(yáng)系。每年有1000個(gè)這樣的系外天體離開(kāi)太陽(yáng)系，又有1000個(gè)進(jìn)來(lái)。朱韋指出，雖然這個(gè)估計(jì)讓人難以置信，但他的估算結(jié)果的確如此。進(jìn)一步推測(cè)的結(jié)果是，在銀河系恒星之間流浪的這類(lèi)天體數(shù)量多達(dá)1×10²⁶個(gè)。

韋瑞則相信，我們可能已經(jīng)見(jiàn)到過(guò)不少的系外天體，卻沒(méi)有意識(shí)到它們來(lái)自太陽(yáng)系以外。他說(shuō)：“這樣的情況發(fā)生過(guò)許多次——我們看見(jiàn)過(guò)一個(gè)疑似近地天體一次，但之后再也沒(méi)看見(jiàn)它?！边@可能是因?yàn)樗鼈兊碾p曲線(xiàn)軌道把它們帶到了科學(xué)家從未想過(guò)要尋找的地方。為提升找到系外天體的概率，韋瑞正在編寫(xiě)幫助找尋位于雙曲線(xiàn)軌道中天體的代碼。

2022年，位于智利的口徑為8.4米的“大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡”將投入使用。屆時(shí)，找到系外天體的可能性更大。“大型綜合巡夫望遠(yuǎn)鏡”能進(jìn)行迄今為止最大范圍的全天巡天，每晚采集海量數(shù)據(jù)，因而該望遠(yuǎn)鏡屆時(shí)將能夠發(fā)現(xiàn)幾十個(gè)甚至幾百個(gè)系外天體，從而讓科學(xué)家能夠解答U1帶來(lái)的那些耐人尋味的問(wèn)題：系外天體中是彗星那樣的多，還是巖石星球那樣的多？它們所在星系正在發(fā)生什么？它們的形狀是否都像U1的這么奇怪，還是U1是一個(gè)另類(lèi)？它們的顏色能告訴我們星際旅行對(duì)它們有哪些影響嗎？

在被發(fā)現(xiàn)之后幾個(gè)月，U1已經(jīng)離開(kāi)地球大約6億千米，它偏離黃道面（地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道平面）20°角。到2018年5月，它已經(jīng)經(jīng)過(guò)木星軌道，向飛馬星座方向飛去，或許在那個(gè)方向它會(huì)讓其他行星系統(tǒng)的外星人對(duì)它好奇。

班尼說(shuō)，U1這個(gè)系外來(lái)客在地球近旁的出現(xiàn)給人安慰。孤島上出現(xiàn)的一片浮木，能告訴我們遙遠(yuǎn)海岸上有樹(shù)木生長(zhǎng)。以同樣的方式，U1向我們傳遞了可見(jiàn)的信號(hào)：我們正在開(kāi)始了解行星系統(tǒng)是怎樣形成和演化的。

U1來(lái)自何方？

弄清像U1這樣的系外來(lái)客的發(fā)源地，將為這些天體的背景情況提供大量信息。雖然現(xiàn)在還不能對(duì)這類(lèi)天體下任何定論，但通過(guò)回溯它們的軌跡和模擬恒星運(yùn)動(dòng)以調(diào)查哪些天體可能會(huì)近距離經(jīng)過(guò)地球，就能對(duì)這類(lèi)天體做出一些有理由的猜測(cè)。

有科學(xué)家提出，U1來(lái)自大約440光年外的昴宿星團(tuán)。但也有科學(xué)家通過(guò)測(cè)算認(rèn)為，U1形成于位于南天球的船底星座和天鴿座中的年輕星團(tuán)。不管這兩種猜測(cè)中哪一種正確，U1都應(yīng)該很年輕：如果前一種猜測(cè)正確，U1的年齡就不超過(guò)1.5億年；如果后一種猜測(cè)正確，U1的年齡就不到4500萬(wàn)年。