星際來客奧陌陌·彗星還是小行星?

2020-12-06 haibaraemily

上集（星際來客奧陌陌·奇異的形狀）講到， 2017年10月19日，夏威夷大學的Pan-STARRS1望遠鏡觀測到了一顆來自太陽系外的星際來客——編號 1I/2017 U1 ，命名『Oumuamua（ 奧陌陌 ），這也是人類發現的第一顆系外來客。

『Oumuamua的軌道。來源：NASA

那麼，這顆小天體除了形狀特長之外，還有什麼特別之處呢？

『Oumuamua形狀的假想圖。來源：NASA

01無比「正常」的光譜特徵

『Oumuamua的光譜特徵（體現了天體的表面成分）正常到不行：表面反射率和太陽系中富含有機物的D型小行星以及彗星的符合度很高，幾何反照率（0.04）更是和彗星非常相似，也就是光譜特徵不僅沒有體現出什麼與眾不同之處，而且還和很多彗星很像！那麼，僅僅因為在近日點（0.25 AU）附近不夠活躍（沒有水冰揮發）就判斷『Oumuamua不是彗星…這，是不是太草率了？

『Oumuamua（當時還叫A/2017 U1）與幾種不同類型的小行星和彗星的反射率對比 。 來源：[1]

02峰迴路轉

英國皇后大學Alan Fitzsimmons教授的團隊提出，遊蕩在茫茫宇宙中的『Oumuamua長期暴露在宇宙射線之中，其表面的有機物可能會慢慢形成一層隔熱層，把『Oumuamua「保護」了起來，導致其內部的揮發性冰物質在距太陽很近的時候都沒能被成功揮發出來，所以…『Oumuamua未必就是小行星，它完全有可能是一顆彗星。這一結果發表於2017年12月18日的《自然·天文學》[2]。

Fitzsimmons團隊對兩組望遠鏡獲取的『Oumuamua的從可見光到近紅外波段（350-1800nm）的反射率數據進行了細緻而深入的分析，結果發現：『Oumuamua在整個波段範圍內沒有任何明顯的峰值和吸收，光譜特徵和海王星外天體（trans-Neptunian objects，簡稱TNOs）、D型小行星、特洛伊小行星、彗星核和一顆活躍的半人馬小行星(60558) Echeclus都有相似之處，尤其體現在它們在可見光和近紅外短波波段（350-1000nm）都有一個明顯上升的坡度。

（左）兩組『Oumuamua的反射光譜數據和D、L、C型小行星反射率的對比，（右）本文所用的兩組數據同光譜坡度較高的半人馬小行星（粉紅，那一大塊）、特洛伊小行星（藍色）、彗星核（綠色）和一顆活躍的半人馬小行星(60558) Echeclus（品紅，帶褶子的那條單線）反射率的對比。以550nm的反射率為標準做了歸一化。 來源：[2]

03有機物？隔熱層？

不管是D型小行星、彗星核還是海王星外天體，它們持續上升的反射光譜一直被認為是由於富含有機物的表層受到各種輻射的結果。那麼，如果『Oumuamua的表層也含有大量有機物，它又在茫茫宇宙中遊蕩了這麼久，這些有機物在宇宙射線的輻射之下就有可能產生一層絕熱的有機物殘留——其實也不用太久，只要暴露在星際空間不到1000萬年尺度就足夠了。

這層絕熱層可以有多給力？熱模擬結果顯示，只要絕熱層有30-40cm厚，那麼『Oumuamua最高溫度都不會超過水冰的揮發溫度，如果絕熱層厚於40cm，那麼『Oumuamua最高溫度都不會超過乾冰的揮發溫度。也就是說，只有確認了『Oumuamua地下40cm深以下都還沒有水冰和乾冰，才能真正確定它不是彗星。如果地下有一層冰，『Oumuamua這麼細長的結構承受得住嗎？作者算了一下，認為承受得住，維持這樣的結構所需的內部固結強度並不高，比彗星67P的內部強度都低也完全沒問題。

熱模型計算的不同絕熱層厚度下『Oumuamua表面溫度隨距太陽距離的關係。來源：[2]

04回到原點

其實，不僅是對這顆特殊的星際來客，即使是在我們太陽系內，小行星和彗星的界限有時也不那麼明了，僅僅從「通過近日點附近時有沒有觀測到揮發性彗發和彗尾」來判斷，可能會遺漏掉很多被絕熱層「保護」起來的彗星，這種觀測偏差對來自遙遠的奧爾特雲的彗星會更加明顯。

好在1I/2017 U1這個名字起的還是很有先見之明的，不僅避免了類型判斷不明的尷尬，也讓我們可以以一種更加開放的姿態去重新思考星際物質的成分和演化歷史本身，而不是拘泥於彗星和小行星的定義和區分。

05參考

[1] Meech, K. J., Weryk, R., Micheli, M., Kleyna, J. T., Hainaut, O. R., Jedicke, R., ... & Denneau, L. (2017). A brief visit from a red and extremely elongated interstellar asteroid. Nature.

[2] Fitzsimmons, A., Snodgrass, C., Rozitis, B., Yang, B., Hyland, M., Seccull, T., ... & Lacerda, P. (2018). Spectroscopy and thermal modelling of the first interstellar object 1I/2017 U1 『Oumuamua. Nature Astronomy, 2(2), 133-137.

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    人類發現的第一個星際天體的起源剛剛被揭曉了。4月13日，《自然-天文》在線發布了中國科學院國家天文臺博士後張韻與美國加州大學聖克魯茲分校教授林潮的研究論文，揭示了一顆叫做奧陌陌的星際天體的形成機制和成為星際天體的過程。
  • 奧陌陌是由外星文明發出的星際探測器而不是彗星或小行星?
    下圖來自歐洲南方天文臺（The European Southern Observatory，ESO），凱倫·米奇（Karen Meech）等人繪製的星際小行星奧陌陌的光曲線。星際小行星奧陌陌的光曲線作者添加了具有均勻亮度的長寬比為10：1的物體的亮度曲線作為輔助。它與奧陌陌觀測值非常不匹配。
  • 星際訪客奧陌陌或是一團宇宙「塵兔」，由彗星脫落而成
    2017年，「奧陌陌」（Oumuamua）成為首個闖入太陽系的「星際訪客」，在天文學界引發一陣喧譁與騷動。對於其身份，科學家眾說紛紜，包括外星人的飛船、小行星等，迄今仍未有定論。據美國太空網9日報導，美國科學家在最新研究中指出，「奧陌陌」可能是一團宇宙「塵兔」，給其「身世之謎」再添疑雲。
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  • 那個稱奧陌陌為外星光帆飛船的哈佛教授,發現了第二個星際來客!
    奧陌陌被認為是太陽系的第一個星際來客，但它究竟是什麼天體，隨著研究的深入，科學家們已經越來越迷糊了。剛開始它被認為是一顆彗星，但後來發現它沒有慧髮結構，又被認定為小行星；然而根據探測到的形態特徵，特別是它長寬比達10：1的結構，一些科學家認為它不可能是小行星，猜測它有可能是一艘星際飛船，奧陌陌從此名聲大噪。
  • 星際訪客「奧陌陌」，可能由一顆彗星脫落塵埃組成
    科技日報記者 劉霞2017年，「奧陌陌」（Oumuamua）成為首個闖入太陽系的「星際訪客」，在天文學界引發一陣喧譁與騷動。對於其身份，科學家眾說紛紜，包括外星人的飛船、小行星等，迄今仍未有定論。它由位於太陽系外的一顆彗星核上吹出的塵埃形成，被太陽輻射推向太空，最終「流落」到太陽系，並短暫停留。
  • 繼「奧陌陌」之後我們又迎來一名「星際訪客」,或許他們並不罕見
    結論：經過一輪徹底的觀察，這顆被懷疑為「星際來客」的彗星已被正名。根據國際天文學聯合會（IAU）的說法，這顆彗星在起源上是「毫無異議」的星際訪客，現在它被命名為：2I/鮑裡索夫(Borisov)。C的意思是它是一顆雙曲線軌道的彗星，緊接著的是一串發現年份的字母數字代碼，括號裡是彗星的名字——克裡米亞業餘天文學家根納季·鮑裡索夫（Gennadiy Borisov），他用自己製造的望遠鏡發現了這顆彗星。IAU給出的新名稱是簡化版。在2I中，「I」代表「星際」，2是指繼2017年10月發現的「奧陌陌（'Oumuamua）」之後，第二個被發現的星際物體。