奧陌陌：外星飛船高速造訪太陽系？

一顆名叫奧陌陌的小行星以難以解釋的異常速度飛越太陽系，美國哈佛大學的兩位天文學家最近在學術期刊上指出，它實際上是由遙遠的智慧文明發(fā)射到太陽系的光帆飛船。這個解釋猶如一枚重磅炸彈投向了公眾和學術界。

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南方周末特約撰稿 鞠強

人類一直憧憬能夠?qū)崿F(xiàn)星際旅行，去看看太陽系外的宇宙，但到目前為止，只有旅行者1號離開了太陽系。美國國家航空航天局（NASA）根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)預測，旅行者2號也會在2018年12月離開太陽系，進入星際空間。太陽系外的智慧生命光臨地球更是只存在于科幻作品中的情節(jié)。不過，2017年10月，天文學家卻在無意中第一次發(fā)現(xiàn)了“系外來客”。而在這個星際天體已經(jīng)離開我們的視線時，在它身上仍有很多待解的謎團，甚至有天文學家猜測它是屬于地外智慧生命的探測器。

系外來客

2017年10月19日晚上，美國夏威夷大學的天文學家羅伯特·威里克（Robert Weryk）照例在哈雷阿卡拉天文臺使用Pan-STARRS 1望遠鏡觀測夜空。他的主要工作是搜索和觀測太空中的小型天體，并對其中可能威脅地球的天體加以注意。在當天的觀測中，一個此前從未記錄在冊的天體引起他的注意。

天文學家在哈雷阿卡拉天文臺發(fā)現(xiàn)過大大小小近1000個新天體，因此發(fā)現(xiàn)新天體對他們來說并不是新鮮事。不過，觀測結(jié)果卻表明這個新天體與眾不同。它在旋轉(zhuǎn)時變化明顯的光變曲線顯示它呈細長條狀，看起來像是一支雪茄。天文學家初步認為它的尺寸為30米×30米×180米。不同的觀測設備給出的尺寸稍有不同，但都在同一個量級上。

天文學家發(fā)現(xiàn)小天體后，要對它們進行分類以便于記錄和進一步的研究。這時，他們一般有兩個選擇：彗星或者小行星。他們雖然最初根據(jù)軌道判斷新天體可能是一顆彗星，但由于沒有在天體靠近太陽時觀測到彗星的顯著特征，因此后來傾向于認為新天體是一顆小行星。不過，這顆雪茄狀小行星的形狀非常奇特，天文學家還沒有在太陽系中發(fā)現(xiàn)類似形狀的小行星。

此后，天文學家對這個新發(fā)現(xiàn)的天體進行了持續(xù)的觀測。一個多月后，他們發(fā)現(xiàn)它的軌道偏心率達到1.2。這令他們感到非常震驚，因為在太陽系中一個天體的軌道偏心率達到1就意味著它的速度超過了第三宇宙速度，即太陽的逃逸速度。太陽的引力無法束縛住它，它最終將會飛向太陽系外的星際空間。有時天體與行星相遇時，偏心率會略大于1，比如愛德華·鮑威爾（Edward Bowell）在1980年發(fā)現(xiàn)的彗星由于受到木星的作用偏心率為1.057。但是這個新發(fā)現(xiàn)的天體的高偏心率不能用任何行星的作用來解釋，甚至即使在太陽系中存在我們尚未發(fā)現(xiàn)的行星，它的作用也無法使這個小天體達到這么高的偏心率。天文學家根據(jù)這個事實確認這個天體是一個來自太陽系外的天體。

在太陽系漫長的歷史中，一定有許多系外天體曾經(jīng)光顧過太陽系。但是由于這些天體體積很小，很難被觀測到，所以天文學家此前從未發(fā)現(xiàn)過。事實上根據(jù)軌道計算的結(jié)果，這次新發(fā)現(xiàn)的天體距離地球最近的時候是在2017年9月，但當時天文學家并沒有發(fā)現(xiàn)它。因此這次發(fā)現(xiàn)的這個天體，也就成為天文學家發(fā)現(xiàn)的第一個來自太陽系外的天體。

國際天文學聯(lián)合會（IAU）給這個天體命名的過程也正是天文學家認識它的過程。天文學家最開始為它命名為C/2017 U1，其中C代表彗星（Comet），2017代表是在2017年發(fā)現(xiàn)的，而U1代表在10月的下半月發(fā)現(xiàn)的第一個天體。隨后IAU將其命名為A/2017 U1，其中A代表小行星（Asteroid）。最后，在確認這個天體來自太陽系外后，IAU要創(chuàng)造一個新的命名類別：星際天體。這個組織給這個系外來客的正式科學名稱是“1I/2017 U1”，其中1I中的1代表這類天體中的第一個，I代表星際（Interstellar）。

有了正式名稱后，天文學家還要給它起一個更加通俗好記的名字。作為這個天體的發(fā)現(xiàn)者，哈雷阿卡拉天文臺的天文學家就用夏威夷當?shù)卣Z言中的‘Oumuamua命名它，這個詞在當?shù)卣Z言中的意思是“第一位來自遠方的使者”。起初，還有一個備選名字拉瑪（Rama），這個名字來自阿瑟·克拉克（Arthur Clark）在1973年創(chuàng)作的科幻小說《與拉瑪相會》（Rendezvous with Rama）。在那部小說里，一艘外星飛船在相似的情況下被人類發(fā)現(xiàn)。

英文名字確定后，我們國家的全國科學技術名詞審定委員會下屬的天文學名詞審定委員會負責確定它的中文名字。這個委員會的專家認為，“系外使者”很準確，但是不夠生動，因此提出按照發(fā)音起名“奧陌陌”，“奧”代表奧秘，“陌”代表陌生，與這個天體的情況也很相符。于是，這個系外天體就有了“奧陌陌”這樣一個中文名字。

天文學家發(fā)現(xiàn)這個系外來客的時候，它已經(jīng)在飛離太陽系的路上。他們在觀測奧陌陌的雙曲線軌道時，發(fā)現(xiàn)它的軌道與把太陽和行星的萬有引力考慮在內(nèi)計算出的軌道存在顯著的差異，速度明顯高于引力的作用效果。這說明在它運動的過程中，除了引力外，還有未知的力量在起作用。

重磅炸彈

就在天文學家對奧陌陌奇怪的受力情況眾說紛紜的時候，2018年11月，一篇發(fā)表在《天體物理雜志快報》（The Astrophysical Journal Letters）上的論文猶如在公眾和學術界投下了一枚重磅炸彈。來自哈佛大學的阿維·勒布（Avi Leob）和穆埃爾·比亞利（Shmuel Bialy）在論文中提出，根據(jù)對奧陌陌的觀測結(jié)果，并與現(xiàn)有理論進行比較，唯一合理的解釋就是這個星際天體實際上是一個由遙遠系外智慧文明發(fā)射到太陽系的光帆，即利用太陽光的光壓驅(qū)動的探測器?？紤]到勒布是哈佛大學天文學系主任，在天文學研究中屢有建樹，因此這篇論文不免引起天文學界的廣泛關注，更被一些媒體引申解讀為外星生命存在的證據(jù)。

勒布和比亞利認為，引力無法解釋奧陌陌表現(xiàn)出來的異常速度，因此他們認為還有一種隱藏的力量在驅(qū)動這個天體快速飛離太陽系，而這個力量就來自光壓。光子撞擊物體表面時，會對物體產(chǎn)生作用力。單個光子的作用力極其微小，在地球上與氣體分子運動產(chǎn)生的大氣壓相比可以忽略不計，因此我們在地球上雖然也受到光壓的影響，卻感受不到。但是在宇宙空間中，光壓的作用效果就很明顯。如果想利用這種作用力作為推進力，就要把探測器造得很大，以獲得更大的受光面積，同時還需要探測器足夠輕，以使光壓的作用效果更明顯。在證明光壓是一種可能的推力來源的基礎上，兩人還通過計算推斷，天然存在的天體不可能有滿足光壓原理應用的結(jié)構(gòu)。因此在論文的結(jié)論部分，他們提出“奧陌陌可能是由外星文明有意發(fā)射到地球附近的探測器”。

光帆曾經(jīng)只存在于科幻作品和科學家的想象中，但現(xiàn)在這一原理已經(jīng)得到實際應用。2010年5月，日本發(fā)射了世界上首個行星間的光帆飛船IKAROS，它是第一艘真正完全靠太陽光推進的光帆飛船。NASA在2008年發(fā)射的首艘光帆飛船納米帆-D（NanoSail-D）以獵鷹1號火箭發(fā)射失敗而告終，隨后又繼續(xù)開發(fā)了納米帆-D2（NanoSail-D2），并于2010年11月成功發(fā)射。目前，NASA、歐洲空間局和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)都在開發(fā)新型光帆飛船。

勒布的解釋很容易讓人聯(lián)想到此前名噪一時的“突破攝星”（Breakthrough Starshot）計劃，該計劃由已故著名物理學家史蒂芬·霍金和俄羅斯企業(yè)家尤里·米爾納（Yuri Milner）等人共同發(fā)起。2016年4月，他們宣布將投入1億美元作為項目的啟動資金，而米爾納估計最終的支出將達到50億—100億美元。在這個計劃中，研究人員將開發(fā)能夠飛離太陽系的光帆飛船，使之到達距離地球4.37光年的半人馬座阿爾法星（Alpha Centauri）。巧合的是，勒布正是該計劃的咨詢委員會主席。

普遍反對

論文發(fā)表后，天文學界對二人的觀點普遍持懷疑和反對的態(tài)度。大部分天文學家認為，僅憑目前掌握的數(shù)據(jù)，無法認定奧陌陌是外星飛船，即使無法完全排除這種可能，卻有更加合理并與現(xiàn)有理論相符的解釋。英國貝爾法斯特女王大學的天體物理學家艾倫·菲茨西蒙斯（Alan Fitzsimmons）表示，他和很多科學家一樣希望能有確鑿的證據(jù)證明外星生命的存在，但外星飛船的說法卻不是事實。他認為根據(jù)目前掌握的觀測數(shù)據(jù)，奧陌陌就是一顆來自其他星系的彗星狀天體。

2018年以來陸續(xù)發(fā)表的一些成果其實是可以證實菲茨西蒙斯的說法的。2018年6月27日，一個研究團隊在《自然》（Nature）上發(fā)表文章，指出奧陌陌表面噴出的氣體很有可能就是額外推動力的來源。他們在奧陌陌被發(fā)現(xiàn)后，使用哈勃太空望遠鏡、位于夏威夷的加拿大-法國-夏威夷望遠鏡和雙子南座望遠鏡以及位于智利的歐洲南方天文臺甚大望遠鏡對它的運動進行了精確的測量，并確認在太陽和行星的引力之外確實有其他力影響了奧陌陌的運動。

當彗星靠近太陽的時候，噴射出的大量塵埃和氣體會產(chǎn)生推力，但是天文學家并沒有觀測到奧陌陌具有這種效應。這個研究團隊認為，奧陌陌的噴射也會產(chǎn)生少量的塵埃粒子。雖然天文學家無法觀測到這種微量的噴射，但產(chǎn)生的推力卻足以使奧陌陌加速。論文作者之一、夏威夷大學的天文學家凱倫·米赫（Karen Meech）猜測，奧陌陌的表面曾經(jīng)和大多數(shù)彗星一樣覆蓋著宇宙塵粒，但是在漫長的星際旅行中逐漸被侵蝕殆盡。

以美國北亞利桑那大學天文學教授大衛(wèi)·特里林（David Trilling）為首的研究團隊于2018年11月14日在《天文學雜志》（The Astronomical Journal）上發(fā)表的論文為噴射推力的觀點提供了更多證據(jù)。他們在論文中表示，NASA曾在2017年11月試圖使用斯皮策太空望遠鏡對奧陌陌進行觀測。斯皮策太空望遠鏡可以在紅外波段追蹤小行星和彗星，天文學家希望它能在可見光波段之外為奧陌陌的尺寸提供額外的信息?？上W陌陌當時已經(jīng)飛遠，所以觀測一無所獲。

研究人員指出，奧陌陌小到無法被斯皮策太空望遠鏡探測到，固然沒有幫助天文學家獲得更多數(shù)據(jù)，但仍是非常有價值的結(jié)果，因為這給出了奧陌陌大小的上限。天文學家根據(jù)斯皮策太空望遠鏡的數(shù)據(jù)可以估算出如果把奧陌陌假設為一個球體的話它的直徑范圍是多少。根據(jù)對奧陌陌組成成分的不同估計，他們認為奧陌陌的球體直徑應該在100米至440米之間。這說明奧陌陌體積不大，離開太陽系時的反常速度可以用冰凍氣體受熱從表面排出產(chǎn)生的推力來解釋。

同時，特里林等人的研究還揭示了奧陌陌的其他性質(zhì)，比如它的高反射率——它的反射率可能比太陽系中彗星的反射率的10倍還高。工作在紅外波段的斯皮策太空望遠鏡可以根據(jù)彗星或者小行星發(fā)出的熱輻射來幫助天文學家確定它們的溫度。反射率與溫度呈負相關，因此天文學家能反過來根據(jù)溫度來確定天體的反射率。奧陌陌表面溫度很低，從而可以推斷出它具有高反射率。這種高反射率也可以佐證米赫的觀點，即表面的塵粒消失后，奧陌陌表面被噴射出的氣體覆蓋，就像是穿著一件高反射率“外套”。

只此一例

彗星每次回歸時，天文學家都能夠?qū)λ鼈冞M行進一步的測量和研究，但奧陌陌正在高速飛離太陽系并將從所有望遠鏡的視野消失，因此我們可能永遠無法揭開圍繞在它身上的謎團。我們不能確定奧陌陌來自哪里，也不清楚它在星際中已經(jīng)遨游了多長時間，甚至它的分類也處在爭議中。劍橋大學的天文學家羅曼·拉菲克夫（Roman R. Rafikov）就曾撰文，對把奧陌陌歸類為系外彗星提出質(zhì)疑。天文學家目前只發(fā)現(xiàn)奧陌陌這樣一個星際天體，因此他們也很難從這樣的個例上得出什么一般性結(jié)論。

但是，正如科學史上的無數(shù)先例一樣，一個無法解釋的現(xiàn)象也許就暗藏著發(fā)現(xiàn)更多宇宙秘密的機會。天文學家認為，其他恒星系統(tǒng)會經(jīng)常發(fā)射出類似奧陌陌一樣的星際天體，所以借助未來觀測能力更強大的各類望遠鏡，他們有機會對這些星際天體進行更加細致的研究?，F(xiàn)在，他們正躍躍欲試，靜候下一個“奧陌陌”的到來。