图源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、约瑟夫·奥姆斯特德（Joseph Olmsted，空间望远镜科学研究所，STScI）、弗兰克·萨默斯（Frank Summers，空间望远镜科学研究所，STScI）
导读：
科学家们监测到了两个横穿太阳系的闯入者，热切地期待有更多发现。
Theo Nicitopoulos | 撰文
郭瑞东 | 翻译
纪璇 | 校译
2017年10月17日至18日，一个神秘物体在夏威夷毛伊岛一座火山之巅的大型望远镜视野中迅速划过。Pan-STARRS1望远镜的任务是监测天空中短暂出现的事件，比如小行星或彗星的掠过。但这次的情况不同：观测到的物体既没有受太阳引力的约束，也不受其他天体的引力影响。它显然来自太阳系之外。
这个神秘的物体是我们观测到的第一个穿越太阳系的星际访客。天文学家将其命名为奥陌陌（Oumuamua），这个名字源自夏威夷语，意指“远方先到的信使”。两年后的2019年8月，业余天文学家Gennadiy Borisov 使用克里米亚的MARGO天文台自制的望远镜发现了另一个星际闯入者，将其命名为Borisov。
太阳系内的小行星和彗星通常绕太阳运行，但奥陌陌和Borisov却是星际空间的流浪者，它们大部分时间在星际间游荡。科学家曾假设这样的星际闯入者在太阳系存在，但认为它们会很罕见。 “我从没想过我们会看到一个，”德国Jülich超级计算中心的天体物理学家Susanne Pfalzner说。至少在她有生之年不会看到。
有了这两个发现，科学家们开始怀疑星际闯入者可能比预想的要普遍得多。据加州大学洛杉矶分校的行星科学家David Jewitt估计，仅在海王星的轨道内，就可能存在大约10,000个与奥陌陌大小相当的星际闯入者。
研究人员正忙于探索这些外星天体的一些基本问题，包括它们的起源，以及它们如何在银河系中游荡。这些星际闯入者可能为我们提供一种新的方式来探索遥远系外行星系统的特征。
但在此之前，天文学家需要发现更多的这类天体。
Jewitt说：“我们目前在这方面稍有落后，但我们期待看到更多这样的发现。”Jewitt是2023 年《天文学和天体物理学年鉴》上对星际闯入者当前理解概述的合著者。
在2019年11月由哈勃太空望远镜拍摄的照片中，Borisov看起来就像一个朦胧的蓝色光点，位于遥远的螺旋星系（左侧天体）前方。当时，这个天体与地球的距离大约是2亿英里。图片来源：NASA
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外星起源
早在18世纪初，天文学家就开始思考星际天体的存在可能性。最新的数值模拟显示，由于小天体与巨行星的引力相互作用，太阳系在很久以前就将其内部包含的一群小天体送入了星际空间。
科学家们原本以为，大多数星际闯入者可能是由冰构成的系外彗星。Borisov就符合这样的特征：它身后拖着由气体和尘埃组成的尾巴，这是由它在接近太阳时冰受热升华形成的。这表明它来自一个行星系统的外围区域，那里的温度极低，足以让一氧化碳等气体在其岩石中冻结。在某个时刻，某种力量将直径约一公里的Borisov从其行星系统中抛出。
造成Borisov被抛出的“罪魁祸首”有多种可能。比如，可能是由于其它恒星的近距离飞掠。根据Pfalzner领导的一项研究，经过某一行星系的其它恒星的引力可以将一些小天体，即星子，从行星系统的外围抛出。或者，巨行星也可以完成这项任务：如果一个小天体足够接近一个巨行星，以至于被该行星的引力加速到足以逃脱其恒星引力束缚的速度，那么这个小天体也会被从行星系统的外围抛出。小天体接近行星有可能发生在行星在其系统中迁移时，科学界认为海王星在太阳系早期生成过程中就有过位置迁移。
星际闯入者Borisov（图中直线上的小黑点）在它经过太阳前三个月被发现，这让天文学家得以在大约一年的时间里对其进行观察。Borisov的轨迹让它距离地球（大蓝点，和轨道上的两个小黑点）最近时只有1亿8000万英里。图中展示了在三个不同时间点Borisov（直线上的点）与地球（大蓝点所在轨道上的点）的相对位置。
然而，奥陌陌与科学家们的预期大相径庭。观测数据显示，它非常细长——可能长达240米，宽仅40米。与Borisov不同，它并未表现出任何气体或尘埃活动。这显示奥陌陌可能形成于距离其母星较近的地方，那里温度过高，不利于冰的形成。如果真是这样，恒星的近距离飞掠或巨行星可能无法将奥陌陌从原有系统中拉出。一种解释是，奥陌陌可能是在其母星濒临死亡时被喷射出来的：垂死恒星释放的脉冲式气流可能会将行星和星子推出原有轨道，使它们飞入星际空间。
不过，也有可能奥陌陌形成于其所在系统寒冷的外围，并在接近太阳时产生了尾巴，只是未被望远镜探测到。一个线索是，奥陌陌的加速超过了太阳系引力所能解释的范围。最近的一项研究表明，这种加速可能来自于望远镜未能探测到的少量氢气释放。另一项研究指出，我们太阳系中的几颗小行星可能也因水蒸气的释放而获得了类似的加速。未来的观测，如韦伯太空望远镜的观测，以及JAXA隼鸟2号扩展任务（将于2031年与这些太阳系小行星之一，被称为“暗彗星”的会合）可能会检测到低水平的气体释放。
康奈尔大学的行星科学家Darryl Seligman说：“我们只能等待和观察，但它们可能是奥陌陌的类似物。”他是与Jewitt合著关于星际闯入者的评论文章的共同作者。
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寻找星际游荡者
更多其他星际闯入者的数据可能有助于解答关于这些闯入者的问题。为了收集数据，科学家们需要提高在闯入者穿越太阳系时探测它们的几率。夏威夷大学的前天文学家Robert Weryk，说：“如果Pan-STARRS没有在那个特定的夜晚观测那片特定的区域，我们可能永远也发现不了奥陌陌。” 他是在分析望远镜数据时发现了这个闯入者。
即将在Vera C. Rubin天文台进行的太空与时间遗产调查（https://www.lsst.org/about）预计将增加天文学家发现这些快速移动的天体的机会：从2025年开始，该天文台的望远镜将每隔几个晚上对整个可见的南天区进行扫描，其主镜的直径比Pan-STARRS大近七米，使其能够看到更远、更暗的天体。一旦探测到星际闯入者，地面和空间望远镜将对其进行摄像，以试图确定闯入者由什么组成。如果发现了一个探测器可到达的目标，欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构的彗星拦截器，计划于2029年发射，可能会被重新定向去近距离拍摄这个星际闯入者。
位于智利北部的 Vera C. Rubin天文台将开始为期十年的太空与时间遗产调查，计划于2025年开始。该天文台的8.4米Simonyi巡天望远镜将以每几晚覆盖整个可见天区的速度收集图像，这可能有助于发现更多的星际闯入者。来源：RUBINOBS / NSF / AURA / H. STOCKEBRAND
最终，天文学家希望建立一个星际闯入者的星表——类似于系外行星的星表，自1992年首次发现系外行星以来，该清单目前收录了超过5500颗系外行星。这个未来将会出现的目录可能有助于研究人员解答长期以来关于地球和太阳系有多么独特的疑问。有一个大样本的星际闯入者组成成分，可以为系外行星系统中天体的组成成分提供线索——包括可能支持生命存在的那些行星系统。
“星子们构成了行星，”康涅狄格州米德尔敦的卫斯理大学的行星学家Meredith Hughes 说。“这意味着它们可以提供系外行星环境多样性的信息，包括那些可能适宜居住的环境。”
现在，奥陌陌已经越过了海王星的轨道，而彗星Borisov也几乎达到了同样的距离。它们将继续它们的旅程，返回星际空间，在那里会发生什么，谁也说不准。也许它们将在广阔的太空中永恒徘徊，或者它们可能被一颗恒星捕获。它们还可能和其他星际物质一起坍缩成气体和尘埃盘，形成一个全新的行星系统，重新来过。
天文学家估计，银河系中的星际天体的数量可能比可观测宇宙中的恒星数量还要多。发现更多这样的天体将提供一种探索宇宙奥秘的新途径。
“真正酷的事情是，星际天体是主动来到我们这里的。”Pfalzner 说。
