系外来客

刘声远

科学家最近首次证实有太阳系外天体进入太阳系，但这也挑战了现有的行星形成理论。

韦瑞笑称自己是“地球卫士”。每天，这位美国夏威夷大学的博士后都会进入自己位于美国火奴鲁鲁（檀香山市）被棕榈树环抱的办公室，审阅头一天晚上采集的来自外太空、可能威胁地球的天体信息。在地球早期预警系统的数据流中，韦瑞常常是第一个发现新的、具有潜在危险性的“近地天体”的人。“全景巡天望远镜”（或称“快速反应系统”）位于夏威夷毛伊岛哈雷卡拉火山项，它的两部探测器全天候扫描太空，寻找可能偏离航道撞向地球的天体。

初看起来，“全景巡天望远镜”在2017年10月19日夜发现的那个天体，不过是繁星闪烁的夜空中又一条迅速移动的暗淡轨迹而已。那似乎是一颗飞掠的彗星或小行星，但当韦瑞再度回顾前一晚的数据时，他才察觉到某种不对劲儿。那个天体无疑是存在的，但它却没有出现在他认为它应该出现的地方。韦瑞当时想：“一定有什么地方出错了。”他立即给目前就职于欧洲空间局（简称欧空局）的夏威夷大学研究生米奇打电话。米奇当时正指挥位于西班牙一座岛上的欧空局“光学地面望远镜”。于是，他俩都开始观测这颗“不对劲儿”的星。

这样一来，天文学界传出了一个惊人的消息：这个天体并未环绕太阳。也就是说，它并不是太阳系天体，而是太阳系以外很远地方的来客。科学家之前就想到过这类星际来客会来到地球，但从未真正见到它们。如今终于识别了第一个星际来客（或称系外来客），天文学由此进入了一个新纪元，但也带来了有关行星系统（包括太阳系）形成机制的一系列基本问题。

一再改名

是因为对它的认识不断加深

经过好几个夜晚的观测，韦瑞和米奇才终于确信自己看见的究竟是什么。环绕太阳的彗星或小行星的轨道基本上都是闭合的椭圆形，而这个天体的轨道是没有闭合的双曲线，这就意味着它不是环绕太阳的（见示意图《系外来客》）。它之前已经来到过距离地球最近处，之后它以38千米/秒的速度逐渐离开地球，这一速度快得足以让它逃逸到星际空间。

美国“史密森尼天体物理观测台”位于美国马萨诸塞州剑桥市。该“观测台”是“近地天体”信息交换中心。韦瑞把自己的发现上传到了该中心的近地天体认证页面。到了2017年10月25日，已经有足够的跟进观测来证实该天体是一个星际天体，由此它被正式命名为“C/2017 U1”（以下简称U1）。

上述命名中，C代表彗星（英文为comet），这符合科学家预计的这类星际旅行者的起源（即与太阳系中的彗星相近的天体）。当恒星从一团坍塌的分子气体云中形成时，一些气体云材料会剩下来。这些材料形成搅动的尘埃盘，盘中尘埃碰撞、合并，逐渐形成越来越大的天体，最终形成行星。残骸天体偶尔会被碰撞力、被迁徙行星的引力或被经过的行星的推拉等力量甩出这些巨大的“建筑场地”。最可能被甩出的残骸天体是位于其所在行星系统边缘的含冰天体。这些天体颇像来自于太阳系外围的柯伊伯带和奥尔特云中的彗星（请参见相关链接：《太阳系流浪者》）。

67P彗星。

随着U1逐渐后退，科学家对它进行持续观测。韦瑞的同事米茜预定了“哈勃空间望远镜”和两部最大的地面望远镜（位于智利的“特大望远镜”和“双子南方望远镜”）的观测时段，专门观测U1。她的团队主要寻找三样东西：彗星活动、借以确定U1形状的一条光曲线以及U1表面任何挥发物或矿物质的光谱特征。不久后，平常致力于寻找柯伊伯带天体的英国贝尔法斯特王后大学行星学家班尼与夏威夷“双子北方望远镜”中心的西瓦合作，希望了解U1的颜色。

实拍到的U1（上图）；艺术家想象的U1（下图）。

尽管U1的个头相当于一颗小彗星，长不过几百米，但它依然是非凡的。它就像彗星那样倒栽葱旋转着穿行于太空，自转周期为7～8小时。它的色调为暗红，这一色调与欧空局“罗塞塔”飞船2014～2016年探测过的67P彗星相似。事实上，柯伊伯带中大约15%的天体都呈暗红色。在太阳系中，这种色彩源自46亿年来太阳紫外光与简单碳基分子（例如甲烷）反应，生成被称为“索林”的复杂红色分子。

但U1与太阳系彗星的相似之处也就到此为止了。当来自太阳系深處的彗星飞到距离太阳较近的地方时，它们的一些冰会转化为气体，形成被称为“彗发”的可见大气层，经常还会形成彗尾。米茜的团队没有发现UI有这类活动的证据。U1看起来更像是惰性的小行星。于是，U1的名称被改为“A/2017 U1”，其中A代表小行星（英文为asteroid），接着又被改名为“11/2017 U1欧妙妙”。其中“欧妙妙”为夏威夷土著人用语译音，意思是“远方来客”，字母I指的是U1的星际（英文为interstellar）起源。

U1不像彗星，这表明它可能形成于靠近自己所在行星系统中心的地方。如果真是这样，那就让人震惊了。也有可能在U1于星际空间的漫长旅途中，由高能粒子（例如原子核）组成的宇宙射线不断轰炸它，由此推动的化学反应在U1表面形成了厚厚的索林层。班尼的同事菲芒推测，这样的壳儿可能阻止了U1像彗星那样在接近太阳时放气和生成彗尾，或者，U1只不过是在被宇宙射线的轰击之下失去了自己的冰。菲芒认为，U1开始时包含大量冰。

U1轨迹示意图。

系外来客

U1的双曲线轨道大大不同于围绕太阳运行的彗星的闭合椭圆形轨道，这表明U1的发源地在太阳系以外。

一再惊奇

是因为它真的奇怪又奇怪

如今的U1看起来没有冰，这并不是它带给科学家唯一的大惊奇。米茜说，U1真正惊呆他们的是它的形状。随着U1后退，它一直倒栽葱自转。在U1后退的过程中，因为它表面反射光线的地貌面积不同，所以它的亮度持续改变。米茜观测发现，U1亮度变化范围为1～10倍，这意味着U1的长度是宽度的10倍。

这也让科学家很吃惊：这样的长宽比例，在太阳系天体中根本见不到。米茜推测，U1的长宽实际比例比10倍还要高，从我们的视线看去它的自转轴可能是倾斜的，这样一来，我们所看到的它的长度比实际要短。但其他一些科学家对此并不那么确信。美国加州大学的朱韦认为，由于我们以相对于太阳的一个角度观测天体，因此光线可能只会从U1的一部分表面反射，这样就可能造成它的形状比较长的错觉。通过自己的观测，朱韦认为U1的长度是宽度的6倍。

如果真的只有6倍，那就不是前所未见的。但尽管如此，这样的比例依然让人惊讶。有科学家把U1说成是美国著名科幻作家克拉克的短篇小说《与拉玛相遇》中50千米长的外星圆筒状飞船“拉玛”的缩减版。曾经有一个名为“突破性聆听”的致力于搜索外星文明的计划。它甚至寻找过潜在的“拉玛”飞船信号，但没有成功。

如此看来，把U1设想为外星飞船属于异想天开（请参见相关链接：《似是而非外星人》），我们只能为像U1这样的外星系怪客寻找自然性解释。朱韦指出，如果与U1同类的外星天体的形状都和U1一样，那就真有点怪了，因为它们的形成过程应该和太阳系天体一样。我们周围的大多数天体都是圆胖的，科学家认为这是通过吸积过程形成这些天体的必然结果。

朱韦推测，U1可能只是统计学上的一个异常值。或者，一切天体在形成之时都是拉长的形状，但在漫长岁月中因为屡遭碰撞而被打磨成球状，而U1因为正好被逐出故乡星系而免遭碰撞、打磨。但也有这种可能，即某种我们未知、与吸积模型不同的天体形成过程。

如果要更好地了解U1与太阳系天体的不同之处，那么就需要发现更多像U1这样的“星际流浪者”，进行更好的比对。好消息是，既然已经发现了这样一个“流浪者”，那么下一个“星际流浪者”的出现就可能无须再等那么久。

一再发现

是因为它可能有很多很多

在2017年2月刊登于《天文学月刊》的一篇论文中，由夏威夷大学科学家因哈领导、菲芒等参与的一个团队称，在太阳系中发现系外天体的可能性很低。但U1的发现推翻了这一说法。“全景巡天望远镜”直到2016年底才开始能探测像U1这样的系外天体，当时该望远镜的第二分镜首次看见U1的光，而如今科学家又在地球与太阳之间距离一半处发现了第二个“U1”（系外天体）的影子。

大型综合巡天望远镜（示意图）。

朱韦把这种情况比喻为在迷雾中行船。船上的你可能会以为你们的船是孤独的，直到另一艘经过的船的魅影出现。根据这次目击、你的可见范围和你见到这艘船所花的时间，你可以测算你的船所在海域可能有多少艘被迷雾遮掩的船。

以此为依据，朱韦估计在海王星轨道以内，随时都有1万个与U1大小相仿的系外天体穿越太阳系。每年有1000个这样的系外天体离开太阳系，又有1000个进来。朱韦指出，虽然这个估计让人难以置信，但他的估算结果的确如此。进一步推测的结果是，在银河系恒星之间流浪的这类天体数量多达1×10²⁶个。

韦瑞则相信，我们可能已经见到过不少的系外天体，却没有意识到它们来自太阳系以外。他说：“这样的情况发生过许多次——我们看见过一个疑似近地天体一次，但之后再也沒看见它。”这可能是因为它们的双曲线轨道把它们带到了科学家从未想过要寻找的地方。为提升找到系外天体的概率，韦瑞正在编写帮助找寻位于双曲线轨道中天体的代码。

2022年，位于智利的口径为8.4米的“大型综合巡天望远镜”将投入使用。届时，找到系外天体的可能性更大。“大型综合巡夫望远镜”能进行迄今为止最大范围的全天巡天，每晚采集海量数据，因而该望远镜届时将能够发现几十个甚至几百个系外天体，从而让科学家能够解答U1带来的那些耐人寻味的问题：系外天体中是彗星那样的多，还是岩石星球那样的多？它们所在星系正在发生什么？它们的形状是否都像U1的这么奇怪，还是U1是一个另类？它们的颜色能告诉我们星际旅行对它们有哪些影响吗？

在被发现之后几个月，U1已经离开地球大约6亿千米，它偏离黄道面（地球绕太阳公转的轨道平面）20°角。到2018年5月，它已经经过木星轨道，向飞马星座方向飞去，或许在那个方向它会让其他行星系统的外星人对它好奇。

班尼说，U1这个系外来客在地球近旁的出现给人安慰。孤岛上出现的一片浮木，能告诉我们遥远海岸上有树木生长。以同样的方式，U1向我们传递了可见的信号：我们正在开始了解行星系统是怎样形成和演化的。

U1来自何方？

弄清像U1这样的系外来客的发源地，将为这些天体的背景情况提供大量信息。虽然现在还不能对这类天体下任何定论，但通过回溯它们的轨迹和模拟恒星运动以调查哪些天体可能会近距离经过地球，就能对这类天体做出一些有理由的猜测。

有科学家提出，U1来自大约440光年外的昴宿星团。但也有科学家通过测算认为，U1形成于位于南天球的船底星座和天鸽座中的年轻星团。不管这两种猜测中哪一种正确，U1都应该很年轻：如果前一种猜测正确，U1的年龄就不超过1.5亿年；如果后一种猜测正确，U1的年龄就不到4500万年。