奥陌陌
已知的第一颗经过太阳系的星际天体
奥陌陌(Oumuamua),是2017年人类首次在太阳系内发现的系外天体。2017年10月19日,泛星巡天望远镜发现该天体。2017年11月6日,国际天文联合会将该小天体命名为1I/ʻOumuamua,Oumuamua在夏威夷语中意为“远方的信使”。I是专为它新设的星体编号,意为星际天体(Interstellar object)。
奥陌陌呈红色,雪茄形,长度377英尺(115米),长短轴比例为6:1~10:1,远远大于已知太阳系内小天体的长短轴比例,具有极其特殊的狭长外形,移动速度飞快,以每秒25.5千米的速度从天琴座方向进入太阳系,随后一度达到44千米/秒。奥陌陌是一颗星际天体,运行轨迹不同于普通太阳系小行星或彗星,是沿双曲线轨迹运行的,其轨道离心率达到1.1922 ± 0.00268。
据研究,奥陌陌可能是在大约4000万年前由于行星演化过程中的碰撞,冲出了恒星的引力范围。对奥陌陌进行研究,不仅能了解其原生星系的环境,也能让人类对它穿行过的星际环境有更多的认知。
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,都是非常的兴奋。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/2017 U1,“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“Oumuamua”,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,当然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“Oumuamua”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,“奥”有神秘莫测之意,“陌”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。最后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。
发现经过
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,位于智利的甚大望远镜(VLT)拍摄照片显示,Oumuamua并不具备“彗发”,因此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,Oumuamua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
Oumuamua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。这个飞行角度异常刁钻,且速度远超太阳系内的小天体,引起了科学家的注意。反推计算,它大约曾在9月9日经过近日点,速度达到每秒87.7公里。不过,由于亮度很低,它直到更靠近地球时才被望远镜发现。
另据“天空与望远镜”(Sky \u0026 Telescope)网站10日报道,Oumuamua的轨道离心率是其不属于太阳系系统的最明显证据。它的轨道离心率达到1.19,而几何学常识告诉我们,椭圆形的离心率是恒小于1的。实际上,冥王星项目的天体力学专家比尔·格雷(Bill Gray)之前在计算Oumuamua轨迹的时候不断失败——他原先使用的轨道计算软件无法给出任何一种匹配的结果。由于夏威夷泛星1号(Pan-STARRS,全称为全景巡天望远镜和快速反应系统)望远镜首次观测到Oumuamua后,它的亮度迅速减弱了20个等级,全球各地的观察者迅速被调动起来,争取在其离开视线之前获得更多资料。美国喷气推进实验室 (Jet Propulsion Laboratory,一个以无人飞行器探索太阳系的中心)的约瑟夫·马塞洛(Joseph Masiero)是幸运者,他帕洛马天文台的5米海尔望远镜刚好在观测区域。他迅速得到了一张Oumuamua光谱图:
Oumuamua光谱(2017年10月25日,竖线表示每一个测量波长的误差范围,虚线表示红色和近红外波长的总体趋势)
贝尔法斯特皇后大学的米歇尔·巴尼斯特(Michele Bannister)认为,Oumuamua的红色光谱和太阳系外围神秘的库珀带天体十分相近。也有人认为,光谱坡度向着红色(右边)的方向缓慢增加。这说明“Oumuamua与库珀带(往往比较红)中的物体并不是特别匹配。相反,它是一种岩石表面在长期暴露于空间辐射后“风化”之后将呈现的那种光谱。还有一些人记录了Oumuamua的亮度曲线并确定其旋转周期。马里兰大学的马修·奈特和其他人的观测结果显示,它的亮度在1.2个等级的范围内波动,让人怀疑Oumuamua的形状是长条形的,长度至少是宽度的三倍,其旋转周期是3-5个小时之间。
科研分析
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。法国国家科研中心、拉格朗日实验室科学家张韵和林潮此次提出了一个统一的形成理论,来解释奥陌陌的罕见特征。研究团队利用一个前沿模型模拟了对靠近其恒星旋转的母体的潮汐破坏能力。模型表明,如果母体离恒星的距离在几十万千米之内,就会在恒星潮汐的作用下扭曲,然后瓦解。母体随即会产生非常扁长的转动碎块,这些碎块有足够的动能,可以逃离这个行星系。母体的表面会变得非常热,大部分挥发性物质都会蒸发;但研究人员认为,其更深层可能保留了水,而奥陌陌多孔表面所出现的蒸发现象,或能解释科学家在奥陌陌飞掠太阳时观测到的非引力加速度。研究人员认为,奥陌陌的前身天体可能是一个千米大小的星子(行星的前身),或是靠近恒星的一颗岩质超级地球,最初绕着一颗低质量恒星或伴星旋转。
2023年3月,加利福尼亚州大学伯克利分校和康奈尔大学的研究人员分析认为,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。相关论文发表在英国自然》杂志上。新研究显示,“奥陌陌”可能源自某颗邻近的恒星,原本是一颗富含水冰的彗星,与太阳系的彗星相似,后来因为某种原因被弹射出来,进入星际空间。在高能宇宙射线作用下,一部分水冰转变成氢气,在冰块内部形成气泡,转化比例最多可能达到30%。“奥陌陌”经过太阳附近时氢气从冰块中逸出,其间冰块没有发生升华,也没有尘埃一同逸出。研究人员说,该研究可以解释,“奥陌陌”虽然具有一系列奇异特征,例如拥有异乎寻常的加速、不像普通彗星一样有彗发彗尾等,但依然是一颗彗星。
英国自然》杂志2023年3月23日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。奥陌陌是人类探测到的首个起源于太阳系外并穿越太阳系的已知星际天体。但令天文学家无奈的是,奥陌陌的运动速度和亮度凭现有技术都难以捕捉。科学家认为,奥陌陌的小幅非引力加速通常与某种物质释放的俘获气体有关,就像在彗星中看到的那样。不过,奥陌陌并不具有彗星活动的迹象,比如一条由尘埃或气体组成的“尾巴”。这些看似矛盾的观测结果使研究人员更难精确定义奥陌陌的性质。
加利福尼亚大学伯克利分校研究团队建立的最新模型显示,奥陌陌的加速是由该天体内部俘获的分子氢的释放导致。在奥陌陌近距离飞过太阳时,这些氢在富水冰产生的激烈反应中形成,并随后从奥陌陌内部释放,轻微弯曲了奥陌陌穿过太阳系的轨迹。研究人员在实验中演示了这类反应,证明了分子氢能在这种条件下产生并随即被释放。重要的是,该模型在不需要进一步微调的情况下帮助人们理解了奥陌陌的反常性质。研究结果支持了之前的理论,即奥陌陌可能和太阳系彗星类似,起源时曾是冰质星子——行星形成早期阶段产生的一种小型天体
研究意义
Oumuamua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。
人们对它发起了大规模的调查,现有技术分析称,它表面可能和太阳系小天体比较相近。凭借一个“奥陌陌热性质模型”,天文学家认为它应有一层半米厚的含有机化合物材料。这一结果非常有助人们进一步理解游走在太阳系附近的天体。
奥陌陌国际空间科学研究所共同负责人马修·奈特评价道:“在奥陌陌之后,我们不得不彻底改变我们对于星际天体的认知。这项研究提出的星际天体形成机制出色地解释了关于奥陌陌的所有谜团,我们期待在未来几年内会发现新的星际天体,看看它们是否具有类似奥陌陌的性质将是非常有趣的。 如果是这样,则可能表明这个机制描述的过程是普遍的”。
耶鲁大学天文系教授格雷戈里·拉夫林表示,这项研究非常巧妙地运用行星系演化过程的普遍现象解释了奥陌陌所有的特征,显示了星际间物质扩散的高效性,为人类理解行星系统的形成和演化提供了关键线索。由于这些星际天体在被甩出前反复经过原行星系统的宜居带,组成生命的有机物质可能通过这些天体在星际间传播,为人类探索生命起源的奥秘提供了新的思路。
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概述
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发现经过
结构特征
运行数据
科研分析
研究意义
参考资料