Oumuamua：第一个已知星际游客指南 _Oumuamua

Oumuamua是一个相对扁平的雪茄形状的星际物体。令人惊讶的是，人们并不确切知道它从何而来，甚至不知道它到底是什么。(图片来源:dottedhippo via Getty Images)
据美国太空网（基思库珀）：1I/'Oumuamua是一个来自星际空间的小物体，它在2017年秋天穿过内太阳系时靠近太阳。它之所以引人注目，是因为它是第一个被证实来自太阳系以外的行星系统的物体。
天文学家将其命名为1I/'Oumaumua ，其中“1I”指的是在我们的太阳系中发现的第一个星际物体，尽管这个名字现在通常被缩写为' Oumuamua' 。
天文学家已经等待像Oumuamua这样的星际物体出现很长时间了。“几十年来，我们一直认为这样的星际物体是存在的，现在，我们第一次有了它们存在的直接证据，”托马斯·祖尔布钦(Thomas Zurbuchen)在2017年被发现时，美国宇航局负责科学的副主管说。
2019年8月，在太阳系中发现了第二个星际物体，名为2I/博里索夫。然而，博里索夫看起来像一颗普通的彗星，有一个彗发(彗星冰核周围的气体“头”)和一条尾巴。相比之下，Oumuamua非常不寻常，因为它没有昏迷或尾巴。
OUMUAMUA常见问题
‘Oumuamua’有什么玄机？
在‘Oumuamua’被发现之前很久，星际物体就被预言存在。然而，Oumuamua并不是天文学家所期待的。它很小，形状不寻常，看起来不像彗星，但它移动起来好像在放气。主要的理论涉及氮或氢冰的升华。没有证据表明Oumuamua是一艘宇宙飞船。
是什么让Oumuamua如此有趣？
星际物体来自其他行星系统，要么通过将原行星撞得粉碎的巨大碰撞，要么通过掠夺性气体巨行星的引力潮汐，被抛入星际空间。作为第一个被确认身份的星际游客， Oumuamua让我们深入了解了其他太阳系外行星系统可能是什么样子。
为什么叫‘Oumuamua’呢？
它的名字在夏威夷语中是“首先到达的远方使者”的意思——非常适合作为我们太阳系中发现的第一个星际物体。之所以选择夏威夷名字，是因为发现它的望远镜——pan stars-1——位于夏威夷。
OUMUAMUA的大小和形状是怎样的？
Oumuamua的形状也值得注意。最初的测量表明，该物体的形状像一个长圆柱体，大小比为10:1，这意味着它的长度是宽度的10倍。然而，天文学家后来将这些维度修改为大约6:6:1，而不是描述一个煎饼形状。天文学家在海王星以外的柯伊伯带看到了形状相似的物体-特别是一颗名为Arrokoth的小行星，美国宇航局的新视野号飞船在2019年元旦飞过。对Oumuamua形状和尺寸的测量是基于它的“光变曲线”，这是一种跟踪物体在空间翻滚时亮度如何随时间变化的图表。当我们看到Oumuamua更广阔的一面时，它显得更加明亮。
Oumuamua也非常小，估计长377英尺(115米)，宽364英尺(111米)，厚62英尺(19米)，因为它的反照率为0.1(这意味着它反射10%的阳光，这对于彗星核来说是相当标准的) 。
OUMUAMUA是从哪里来的？
没有人知道Oumuamua来自哪个星系。然而，在2018年，天文学家沿着它首次接近太阳的路径追踪Oumuamua，发现该物体经过四颗恒星附近，距离一百万年前的红矮星HIP 3757最近。也许‘Oumuamua’来自那里，或者也许它已经在太空游荡了更长时间。
我们太阳系中的行星、小行星和彗星以闭环方式围绕太阳运行。Oumuamua的轨迹是不同的:美国宇航局的动画描述了该物体的路径是如何呈双曲线的，这意味着它冲向太阳的速度足够快，以至于太阳的引力只能稍微弯曲Oumuamua的路径，而不是在环形轨道上捕捉它。这意味着相对于太阳的运动速度为每秒16.36英里(每秒26.33公里)的Oumuamua可以继续前进，朝着太阳系的出口前进。
OUMUAMUA现在在哪里？
天文学家直到Oumuamua显著侵入我们的太阳系后才发现它。2017年9月9日，它到达了近日点——它离太阳最近的点，当时它离我们的恒星近了2300万英里(3700万公里) 。直到一个多月后，也就是2017年10月19日，夏威夷大学的天文学家Rob Weryk在小行星搜寻全景巡天望远镜和快速反应系统(Pan-STARRS)的观测中发现了‘Oumuamua’ 。当时，“Oumuamua”距离地球2100万英里(3300万公里)，其轨迹最终将它带到了1500万英里(2400万公里)的附近。
从那以后，星际游客一直在向太阳系外前进，美国宇航局描述了Oumuamua是如何在太阳的重力辅助下加速到每秒54.2英里(87.3公里/秒)的速度。考虑到Oumuamua有多小，它离开我们的速度有多快，观察它的窗口只有几周，哈勃太空望远镜能够跟踪它的时间最长。“Oumuamua”的最佳图像——例如这张由甚大望远镜和双子座南方望远镜的数据组合而成的图像，这两台望远镜都位于智利，是世界上最大的光学望远镜之一——可能显示“Oumuamua”只是一个光点。
Oumuamua正向飞马座前进，现在已经远离海王星的轨道。它正在穿过柯伊伯带，这是太阳系边缘附近的一圈冰体，现在已经超出了我们的望远镜的范围。它将永远不会返回地球。
什么是OUMUAMUA？

我们仍然不确定Oumuamua是什么。(图片鸣谢:美国宇航局、欧空局、约瑟夫·奥姆斯特德(STScI)、弗兰克·萨默斯(STScI))
关于Oumuamua是什么，有几种假设。我们知道它是一个太阳系外行星系统中的物体，当掠夺性气体巨行星的重力潮汐将Oumuamua从其轨道中挣脱出来时。
在“Oumuamua”被发现之前，天文学家预计星际物体会像彗星一样，这最终成为2I/博里索夫的情况。起初，当“Oumuamua”没有长出彗星尾巴时，天文学家认为星际闯入者一定是一颗死亡的彗星，其挥发物——低沸点气体，如水——在数十亿年间升华，可能是在它仍处于其起源系统中时，或在它靠近其他恒星时。
然而，哈勃太空望远镜测量到， Oumuamua从太阳向外的轨迹显示出一些非重力加速度。这是彗星的典型行为，因为彗星尾部喷出的尘埃和水蒸气给了彗星额外的推力。但是没有检测到来自Oumuamua彗星的水或其他挥发性气体的释放。
对于Oumuamua可能是什么，有两种主要的解释。一份来自亚利桑那州立大学的阿兰·杰克逊和史蒂夫·德施，他们提出Oumuamua是一大块氮冰。当新视野在2015年飞过冥王星时，它观察到了一些区域，如Sputnik Planitia，这些区域基本上是冻结的氮湖；杰克逊和德施认为,“Oumuamua可能是一个巨大的撞击从一个类似冥王星的物体上爆炸下来的氮冰碎片。放出的氮被太阳的热量升华，会给Oumuamua必要的额外推力。氮气还会使Oumuamua的反照率达到0.64 ，这比典型的彗星反射率更高，因此Oumuamua的反照率应该比想象中的要小，才会显得如此微弱。杰克逊和德施计算出，如果‘Oumuamua’是由氮冰构成的，那么这个物体的尺寸将只有148乘144乘25英尺(45乘44乘7.5米) 。
康奈尔大学的Darryl Seligman和加州大学伯克利分校的Jennifer Bergner提出了另一种可能的解释，即当Oumuamua在星际空间旅行时，宇宙射线可能与表面的冰发生了相互作用，从一些水分子中释放出氢，并产生了锁在无定形水冰中的氢气供应。根据塞利格曼和伯格纳的假设，当“Oumuamua”经过太阳时，星际物体被加热，尽管不足以导致水冰蒸发。相反，加热改变了冰晶的结构，从而使氢以每秒0.4至28盎司(每秒10至800克)的速度逃逸，并给了Oumuamua观察到的推力。这也可以解释为什么‘Oumuamua’没有可见的尘埃尾，因为这些尘埃仍然会被困在水冰中。
OUMUAMUA是宇宙飞船吗？
哈佛大学的天文学家Avi Loeb和Shmuel Bialy提出了一个假说，认为非重力加速度是Oumuamua是一艘带太阳帆的宇宙飞船’的证据。然而，大多数天文学家并不支持这一理论。德施、宾夕法尼亚州立大学的杰森·赖特和法国波尔多大学的肖恩·雷蒙德在为Medium撰写的文章中批评了这一提议，并得出结论说，没有证据表明‘Oumuamua’是一艘宇宙飞船。
OUMUAMUA与专家的问答
我们采访了北亚利桑那大学天文学和行星科学系的教授大卫·特里林，询问那里可能还有多少像1I/'Oumuamua这样的天体。
大卫·特里林教授
大卫·特里林是一名观测天文学家，他研究行星系统和我们太阳系的形成和演化。
你先前预测我们平均每五年就会在太阳系中发现一个星际物体。目前我们已经找到了两个。你同意这与你的预测一致吗？
是的，我会的，特别是因为在“欧穆阿莫”和“博里索夫”之后，星际天体发现领域一直相当平静。这是自2017年以来的两个对象，六年内两个。我们认为“目前的能力”可能始于2015年——这是目前(鲁宾天文台之前)的一套发现望远镜。因此，对于天文学家来说，八年内发现两个天体非常接近于五年一个。
你的预测是基于这样的假设，即每个行星系统形成时，有20个地球质量的物质被踢出。这是一个巨大的数量——它都是以“Oumuamua”大小的物体的形式存在的吗？
嗯，也许吧。在那篇论文中，我们做了很多假设和推断，试图用一个单一的物体来理解一些关于行星系统形成和演化的普遍现象。所以，我们得出的数字和结论是非常不确定的——可能好到一个数量级，甚至可能没有那么好！回到这个问题:我们太阳系的各种进化模型，基于几条证据线，表明我们的太阳系在早期阶段喷射出许多地球物质。如果我们附近的年轻系统平均喷射出20个地球质量的物质，这可能与我们太阳系中发生的事情没有太大区别。实际上，如果我们附近的其他系统的典型值比我们的太阳系经历的多得多，或者少得多，那将会更有趣，因为这可能意味着有
我们之间有些奇怪。相反，我们可能是典型的，这确实是你所期望的那种结果。另外，记住木星的质量是地球的318倍。在这种情况下，与我们太阳系的行星相比，20个地球质量可能并不算多——它只是我们太阳系总质量的一小部分。会不会都在Oumuamua大小的身体里？谁知道呢。宇宙中的大多数事物都服从某种幂律分布，群体中有少数大成员，大量小成员。也许Oumuamua在中间的某个地方。我们真的不知道。
在任一时刻，有多少星际物体可能正在穿过太阳系？
有人估计，在任何时候，太阳系中都有1000到10000个星际物体——哇！当然，几乎所有这些都在遥远的太阳系中，我们永远也看不到它们。你可能会粗略地猜测，这些物体或多或少似乎来自我们太阳系在太空中运动的方向，就像当你在雨中开车时，所有的雨滴看起来都像是直接朝着你的挡风玻璃而来。