太陽系首次發現系外星體，哈佛科學家引爆外星飛船大猜想

　　2018-11-11 17:03NASA/陌陌/人類

　　近日，一篇發表在天文學領域的重要期刊——《天文物理期刊（Astrophys. J）》的論文引爆了各國媒體的極大關注。該文的作者、美國哈佛-史密松天體物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的兩位科學家猜測，人類於去年首次觀測到的造訪太陽系的系外星體——「奧陌陌」，搞不好是一艘外星文明的光帆飛船。

　　

　　圖|Figure 1 奧陌陌的想象圖（圖片來源：NASA/ESA/STScI）

　　神秘的星體

　　整整一年前，人類在太陽系內觀測到了一顆神秘的小型天體。起初，它被認為是一顆彗星，因此被命名為 C/2017 U1，其中的字母「C」代表「彗星（comet）」。隨後，科學家們發現這個傢伙並沒有慧發——即環繞在彗核周圍的雲狀物，因此它被重新命名為了 A/2017 U1，「A」代表「小行星（asteroid）」。彗星和小行星都是太陽系裡常見的星體，因此這一天文發現本不會引起太大的重視。

　　然而，很快，天文學家就發現，這個傢伙似乎並沒有那麼簡單。來自太陽系的彗星和小行星在圍繞太陽運動時，其速度是有限的。然而，這個新發現的天體，其角速度遠遠超過了彗星和小行星，這意味著，太陽的引力根本無法束縛住它……

　　綜合其他因素，科學家們意識到，這顆新發現的神秘星體並不誕生於太陽系，而是一個來自於太陽系外的旅行者！

　　圖|Figure 2 奧陌陌的行進軌跡。太陽系不過是它漫長旅途中的一站而已。（圖片來源：EarthSky）

　　因此，它成為了第一個編號以「I（interstellar object，星際天體）」開頭的星體：1I/2017 U1。而它的名字——「奧陌陌」（ʻOumuamua）則來自夏威夷語，意為（來自其它星系的）「偵察兵」。

　　這無疑激起了科學家的極大好奇。這個在太陽系裡觀測到的第一個來自系之外的星體，它是誰？從哪裡來？在做什麼？

　　它是誰？

　　不知道……只知道奧陌陌的形狀很可能類似於一根雪茄，大小可能為約 180~200m × 30 m × 30 m。

　　

　　圖|Figure 3 可能像一根雪茄的奧陌陌。（圖片來源：ESO/M.Kornmesser）

　　它從哪裡來？

　　抱歉，這個我們也不知道。而且，很可能永遠也不會知道。

　　它正在做什麼？

　　目前，我們只知道它有可能正沿著雙曲線的軌道，一邊飛行，一邊像一根彈出去的香煙一樣翻著跟頭，正在離開太陽系。

　　

　　圖|Figure 4 奧陌陌可能的軌跡（圖片來源：維基百科）

　　然而，隨著對其運行軌道的深入研究，科學家們發現了關於奧陌陌的另一件神奇的事情——它的軌跡好像有點奇怪！

　　其觀測到的軌道，與利用萬有引力計算出來的軌道，存在不容忽視的偏差。以下圖為例，如果僅僅受到萬有引力的作用，其軌道應該如圖中紅線所示。然而，實際觀測到的卻是藍線所示的位置。這 40，000 公里的偏差，為奧陌陌蒙上了另一層神秘的面紗。

　　

　　圖|Figure 5 除了引力之外，奧陌陌還受著別的力的作用（圖片來源：NASA JPL）

　　這意味著，神奇的奧陌陌不僅出身是個謎，它的運動方式也是一個謎：除了萬有引力，奧陌陌還有一個額外的推進動力。

　　這個額外的動力到底是什麼？科學界一時眾說紛紜。是像彗星一樣，自己發射出去的氣體產生的反作用力嗎？可是它不是一顆彗星，沒有慧發彗尾啊！直到上個星期，哈佛大學天文系系主任、Frank B. Baird, Jr. 講席教授 Avi Loeb 和他的博士后 Shmuel Bialy，給出了這樣一個驚人的解釋：

　　這個奧陌陌，搞不好不是一根雪茄形狀的普通星體，而是一艘依靠光壓推進的外星光帆飛船！

　　

　　圖|Figure 6 光帆飛船想象圖（圖片來源：維基百科）

　　外星光帆飛船？

　　所謂的光帆飛船，是指利用太陽光輻射產生的光壓進行推進的航天器。

　　沒錯，光照也是會產生壓強的。如同氣體分子撞擊物體表面會產生氣壓，照射到物體表面的光子，也會把自己的動量傳給被照射到的物體。那麼為什麼，在曬太陽的時候，我們感受不到什麼來自太陽的壓力呢？這是因為，在大多數情況下，光壓都很小。比如，到達地球的太陽光，其產生的光壓連地球大氣壓強的 200 億分之一都不到。因此，只要在有大氣層的地方，光壓都可以忽略不計。

　　然而，在宇宙空間中，光壓就是一股不容忽視的力量。事實上，對於很多天體來說，除了引力，光壓是它們在宇宙中能感受到的唯一一種作用力。在強光照射的地方，光壓甚至可以顯著到和引力達到同一個數量級。彗星拖著的「長長的尾巴」，之所以永遠都指向離開太陽的方向，正是因為它受到了來自太陽光照射而產生的光壓。

　　因此，利用光壓為航天器提供推進動力，就成為了一個可行的方案。既然光壓很小，我們把可以接收光照的面積做大，同時保留很輕的飛船質量，理論上光壓就可以推動飛船前進：如同帆船上的風帆，只要帆夠大，再小的風也能遠航。因此，只要帆夠大，光帆飛船就可以為星際航行提供動力。

　　只不過，帆必須非常大、非常薄，才能讓飛船在足夠輕的前提下獲得足夠多的光壓推力；而支撐光帆的機械結構也必須很強，才能禁受住星際旅行的長途考驗。人類目前已經成功發射了兩艘光帆飛船，雖然都只是在千克級。

　　

　　圖|Figure 7 日本航天局的 IKROS 光帆飛船已經於 2010 年飛過了金星，正在朝著太陽系更深處飛去。（圖片來源：Andrzej Mirecki）

　　Shmuel Bialy 和 Avi Loeb 的這篇論文，正是基於這個設想。奧陌陌的額外作用力，會不會就是光壓？

　　經過嚴謹的推算，他們發現，奧陌陌的神秘推力完全可以用光壓來解釋。如果它的「質量-面積比」可以達到約為 0.1 克每平方厘米的範圍，厚度在 0.3-0.9 毫米之間，它就可以獲得足夠多的光壓，還能禁受住星際間塵埃、氣體的撞擊和潮汐力與離心力對它的影響，維持足夠的動量，完成現實版的星際穿越。

　　然而，0.3-0.9 毫米實在是太薄了。他們不禁發問，究竟是什麼東西，可以擁有如此小的質量-面積比，和如此薄的厚度呢？小行星、彗星的質量-面積比都比0.1 要大太多太多了。如果奧陌陌的神奇軌道確實是由於光壓造成的化，那麼很有可能，它並不是一個自然形成的「超薄天體」，而是人為製造的航天器！

　　於是，他們在論文寫下這樣一句被各路媒體反覆引用的話：

　　奧陌陌可能是外星文明有目的地派來地球的探測器。

　　如何證明？

　　這篇論文一石激起千層浪。許多人開始發問，這麼大膽的推測，證據呢？

　　畢竟，關於奧陌陌神奇的推力，雖然暫時還沒有定論，但其它可能的解釋還是有的。比如它可能是某恆星爆炸后，其星系內一顆行星的碎片。這個猜測雖然沒有光帆飛船那麼引人入勝，但也十分合理啊！

　　

那麼，奧陌陌到底什麼？

　　這個答案我們可能永遠都無法從奧陌陌身上知道了。Shmuel Bialy 和 Avi Loeb 在論文中寫道，現在再派化學能推進的火箭去追已經遠去奧陌陌，已經來不及了。奧陌陌是在毫無準備的情況下突然發現的，我們對其進行的有效觀測只有短短几周，颶風瑪麗亞還讓位於波多黎各的阿雷西博天文台被迫關閉了一段時間。

　　

　　圖|Figure 8 奧陌陌已經遠去。（圖片來源：NASAJPL/Caltech）

　　關於奧陌陌的秘密，只能寄希望於在未來，我們可以再發現一個類似奧陌陌的東西，去探究它的起源與性質。儘管奧陌陌是第一個被人類命名的星際天體，但它絕對不是第一個造訪太陽系的系外來客，也絕對不是最後一個。

　　不管奧陌陌到底是不是外星飛船，這都是一顆已經載入人類史冊、而且將在未來被反覆提及的神奇天體沒錯了。我們對他的幻想，其實更來自於我們的期待：我們想要造出更先進的星際飛船，可以把成百上千噸、而不是幾千克的質量送往外太空。對於人類來說，月球和火星只是我們探索宇宙的第一步、第二步。

　　總有一天，人類看向浩瀚星辰的角度，將不再是遙遠地仰望。

　　-End-

　　參考：

　　【1】BERGER, ERIC. n.d. 「Predictably, OnlineMedia Go Nuts over 『Oumuamua and Harvard Scientists.」 Vox.https://arstechnica.com/science/ ... -paper-and-aliens/.

　　【2】Bialy, Shmuel, and Abraham Loeb. 2018.「Could Solar Radiation Pressure Explain 』Oumuamua』s Peculiar Acceleration?,」no. Shklovskii 1962: 1–5.

　　【3】Clark, Stuart. n.d. 「Mysterious ObjectConfirmed to Be from Another Solar System.」https://www.theguardian.com/scie ... other-solar-system.

　　【4】EarthSky Voices. n.d. 「5 Things We Know –and 5 We Don』t – about 『Oumuamua.」https://earthsky.org/space/5-things-we-know-dont-about-oumuamua.

　　【5】Resnick, Brian. n.d. 「Oumuamua Is the OnlyInterstellar Object We』ve Ever Seen in Our Solar System. What Is It?」https://www.vox.com/science-and- ... rophysical-journal.

　　【6】Schneider, Jean. 2017. 「Is 1I/2017 U1Really of Interstellar Origin?」 Research Notes of the AAS 1 (1): 18.https://doi.org/10.3847/2515-5172/aa9af2.

　　【7】Wikipedia. n.d. 「ʻOumuamua.」https://en.wikipedia.org/wiki/ʻOumuamua.

　　【8】Wikipedia. n.d. 「IKAROS.」 https://en.wikipedia.org/wiki/IKAROS.

　　【9】https://doi.org/arXiv:1810.11490v2