長周期彗星 圖片來源：pixabay

奧爾特云的概念最先由丹麥天文學(xué)家Jan Oort在1950年提出，他定義奧爾特云的半徑延伸至10萬倍日地距離外的太陽系邊緣。該區(qū)域有著數(shù)十億個(gè)比曼哈頓島更大的冰質(zhì)巖石，這些巖石就像是太陽系行星形成的浩大工程剩下來的磚塊一樣。奧爾特云的物體在運(yùn)動(dòng)到太陽附近時(shí)，會(huì)因?yàn)殛柟饧訜嵴舭l(fā)其中的冰，而成為長周期彗星。其中一塊巨大的長周期彗星可能在大約6600萬年前解體形成?？颂K魯伯碎塊（Chicxulub impactor），從而導(dǎo)致了恐龍的滅絕。

導(dǎo)致恐龍滅絕的彗星碎塊 圖片來源：pixabay

奧爾特云的外邊界位于太陽系距離最近的阿爾法半人馬星系一半的地方。因此，如果其他的恒星也擁有著與太陽系類似的奧爾特云的話，那么，這些奧爾特云就會(huì)像擺放好的臺(tái)球那樣緊密相鄰。

恒星對(duì)處在星系邊緣巖石的引力并不是特別強(qiáng)，如果有其他恒星經(jīng)過并對(duì)這些巖石產(chǎn)生引力干擾，它們很容易就會(huì)脫離該恒星體系進(jìn)入星際空間。由于這些物體圍繞恒星運(yùn)動(dòng)的起始速度很小，它們會(huì)繼承其母恒星相對(duì)于定域靜止系的運(yùn)動(dòng)。因此當(dāng)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)首個(gè)星際物體奧陌陌（‘Oumuamua）在定域靜止系中幾乎完全靜止時(shí)，他們感到十分震驚，因?yàn)樵谶@片區(qū)域的500個(gè)恒星中只有一個(gè)處于靜止?fàn)顟B(tài)。

盡管科學(xué)家們之前一直嘗試尋找奧陌陌的起源恒星，但因?yàn)槿魏畏较虻囊暰€都會(huì)被銀河系中四處彌漫的奧爾特云所阻擋，這一點(diǎn)很難辦到。2017年奧陌陌的發(fā)現(xiàn)讓人震驚的另一點(diǎn)是，科學(xué)家們預(yù)估了來自于奧爾特云類似物中的星際巖石數(shù)量，發(fā)現(xiàn)其遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于科學(xué)家們解釋奧陌陌類似物所需要的總數(shù)值。因此奧陌陌類似物誕生地一定與我們所知道的太陽系有所不同。

最近，Alan Jackson和Steven Desch提出，奧陌陌可能是一個(gè)由氮構(gòu)成的冰山。這一情形很少見，此前在太陽系奧爾特云無數(shù)的天體之中，從來沒有發(fā)現(xiàn)過這樣的物體。如果我們發(fā)現(xiàn)的首個(gè)星際物體就是完全由氮構(gòu)成的，這意味著類似的氮冰山可能十分的常見。通常，氮是和碳一起通過恒星內(nèi)部的碳氮氧循環(huán)產(chǎn)生的。斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡（Spitzer Space Telescope ）的發(fā)現(xiàn)對(duì)奧陌陌周圍含碳分子的存在提出了嚴(yán)格的限制，這在本就缺少彗尾反射陽光形成的可見標(biāo)志的基礎(chǔ)上，又增加了約束。如果一定要解釋奧陌陌為什么偏離了恒星引力形成的軌道，那么基于動(dòng)量守恒原理，奧陌陌1/10的質(zhì)量一定是蒸發(fā)掉了。氮的蒸發(fā)會(huì)改變奧陌陌的翻轉(zhuǎn)周期并且造成遠(yuǎn)在觀察極限之上的抖動(dòng)。除此以外，一個(gè)氮冰山應(yīng)該繼承其起源恒星的運(yùn)動(dòng)，而不是像來源于定域靜止系的奧陌陌這樣。

奧爾特云的外圍會(huì)受到星際粒子的轟炸。太陽風(fēng)具有保護(hù)作用，但它的密度會(huì)隨著距離平方增加而下降，大約在100倍日地距離的地方，太陽風(fēng)將被星際介質(zhì)完全阻隔。這一阻隔邊界被稱為日球?qū)禹?，但它的半徑僅為奧爾特云半徑的1/1000。在我與Merav Opher, James Drake 以及Gabor Toth最近共同撰寫的論文之中，我們提出了日球?qū)禹斝螤钍墙茍A形的蓬松的羊角面包。在日球?qū)禹斠酝?，奧爾特云的物體和其他星際物體暴露在相同的環(huán)境中，承受著高能宇宙射線，灰塵以及星際氣體粒子對(duì)它們表面造成的傷害。

那么奧爾特云的外圍到底是如何形成的呢？在我和我學(xué)生Amir Siraj最近完成的一篇論文中，我們提出了一種假設(shè)：在起源星團(tuán)中，太陽曾經(jīng)短暫地有過一個(gè)的雙星伙伴，這個(gè)雙星伙伴可能捕捉到了星團(tuán)環(huán)境中可觀察到的奧爾特云外圍物體，這一過程也能夠解釋一些遙遠(yuǎn)行星存在的可能性，比如假設(shè)的第九行星。

但另一更令人震驚的發(fā)現(xiàn)是，大部分奧爾特云的物體都不受太陽的引力束縛。在我和Amir的另一篇論文中，我們提出了最近發(fā)現(xiàn)的星際彗星2I/Borisov很有可能來自于另一恒星的奧爾特云，這意味著星際物體的數(shù)量可能超過了太陽系奧爾特云中物體的數(shù)量。換句話說，受太陽束縛的奧爾特云物體是在充滿著許多其他來來往往星際物體的汪洋之中游泳。不僅如此，彗星2I/Borisov的發(fā)現(xiàn)也說明了銀河系中部分的碳和氧可能是存在于星際物體之中的。

進(jìn)入太陽系的系外物體 圖片來源：pixabay

星際物體小至灰塵顆粒大至行星。眾所周知的是，已經(jīng)存在于星際空間超過一個(gè)世紀(jì)的宇宙灰塵在不斷補(bǔ)充著太陽系灰塵，而太陽系灰塵能夠反射陽光，形成我們所看到的黃道光。最近，光學(xué)引力透鏡實(shí)驗(yàn)（ Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE)）辨別出了一些獨(dú)立的行星，這一實(shí)驗(yàn)在過去通過行星對(duì)背景恒星光度產(chǎn)生的特殊引力透鏡影響，發(fā)現(xiàn)了幾顆類似的行星。

總的說來，銀河系中充滿著各種物體，有些受到了母恒星的束縛，但大部分都飄蕩在星際空間之中。當(dāng)這些不受約束的物體經(jīng)過太陽系時(shí)，研究他們能夠幫助我們了解它們的起源地，而無需我們長途跋涉到那里去。依靠我們現(xiàn)有的化學(xué)火箭，到達(dá)銀河系中心所花費(fèi)的時(shí)間將是地球年齡的1/10。

最有趣的是，新發(fā)現(xiàn)的星際物體能夠讓科學(xué)家在被沖到太陽系“岸邊”的巖石之中尋找“漂流瓶”，這些漂流瓶可能攜帶著其他文明的信息。正如康德（Immanuel Kant）在《純粹理性批判》（Critique of Pure Reason）一書中所說：“如果可以根據(jù)某種經(jīng)驗(yàn)來判斷我們看到的行星中有些是否具有生命體，我會(huì)把一切都押在上面。因此我說這不僅是一種觀點(diǎn)，而是一種堅(jiān)定的信念（我敢打賭這信念是正確的），即其他世界上也有居民”。

撰稿：Avi Loeb

翻譯：先雨

審校：殷姝雅

引進(jìn)來源：科學(xué)美國人

引進(jìn)鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/was-the-interstellar-object-oumuamua-a-nitrogen-iceberg/