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天文 七转科技

星际访客:
人类只来得及看一眼的三位信使

2017 年以来,人类确认了三颗来自其他恒星系的天体:奥陌陌、鲍里索夫彗星和 3I/ATLAS。它们跑得太快,太阳留不住,只是路过一次就永远离开。

我们习惯把太阳系看成一个封闭的系统,行星、卫星、小行星各安其位。但偶尔会有天体从别的恒星系闯进来,速度太快,太阳留不住它,它只是从我们身边掠过,然后永远离开。在 2017 年之前,这样的「星际天体」只存在于理论里:行星形成时会甩出大量星子,银河系里应该到处漂着被抛射出来的天体,偶尔有一些会路过别的恒星系。直到 2017 年,人类才真的看到了一颗。截至 2026 年 10 月,被确认的也只有三颗。它们每一颗,都是另一个恒星系的物质样本。

怎样才算「星际」

判据靠的是动力学,不是成分。一个天体有没有被太阳束缚,看它的轨道偏心率 e:圆轨道 e=0,抛物线 e=1,e>1 就是双曲线,天体跑到无穷远处时仍有速度,太阳拉不回它。奥陌陌的 e 约 1.2,鲍里索夫彗星和 3I/ATLAS 也都是双曲线轨道。这才是判断「星际」的硬证据,不是靠成分猜出来的,而是用轨道算出来的。

奥陌陌:沉默而反常

1I/ʻOumuamua 于 2017 年 10 月 19 日由罗伯特·韦里克在夏威夷哈雷阿卡拉天文台泛星计划望远镜的图像中发现。被发现时,它已经过了近日点约 40 天,正在远离太阳,留给观测的时间只有几周。它的名字来自夏威夷语,意思是「远方来的首位信使」。

观测给出的印象非常反常。它的亮度变化剧烈,说明形状极不规则,长宽比可能高达 10:1,也有模型认为它更像一块扁平的薄饼。它没有彗发,没有彗尾,光谱偏红,看不出明显的水冰或气体释放。

真正让它出名的,是它的「额外加速」。精密测量发现,它离开太阳时,比纯引力预报的轨迹多了一点背离太阳方向的推力。太阳系的彗星出现这种非引力加速,通常是因为冰受热升华、向外喷气,像一枚小火箭。可奥陌陌身上没有观测到任何气体或尘埃,这就成了悖论。

解释大致有三类。一类认为它就是普通彗星,只是活动太弱,望远镜看不出来。一类是各种「特殊冰」假说,比如氢冰、氮冰,受热后释气却不容易被看见。还有更激进的猜想,包括人造光帆,由阿维·洛布等人推动,但缺乏独立证据。

目前接受度较高的,是 2023 年发表在《自然》上的一项工作(Bergner & Seligman)。他们指出,水冰在宇宙射线长期轰击下,会在冰体内部生成并困住氢分子。天体靠近太阳受热后,氢分子缓慢逸出,提供的推力量级恰好合适,又不会形成明亮的彗发。这个机制能自然地解释奥陌陌的加速,但它对天体的年龄、内部结构和受热历史有较强的假设,还需要更多观测检验。

鲍里索夫:正常得出奇的彗星

2I/Borisov 于 2019 年 8 月 30 日由业余天文学家根纳季·鲍里索夫在克里米亚发现,用的是他自己制作的望远镜。这是首颗被确认的星际彗星,也是业余天文学家在这个领域留下的高光时刻。

与奥陌陌相反,它非常「正常」:有清晰的彗发和彗尾,光谱里能看到水、氰基等彗星常见的成分。它的价值恰恰在这里,说明来自别的恒星系的彗星,化学上可以和太阳系的彗星相当接近。别处的水冰、尘埃和有机物,未必和我们这里有多大不同。

哈勃望远镜拍摄的鲍里索夫彗星,左侧是一个被拖长的遥远星系
2019 年 11 月哈勃拍下的鲍里索夫彗星,左侧是背景里的一个遥远星系,因望远镜跟踪彗星而被拉长。图片:NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA)

3I/ATLAS:更大、更活跃

3I/ATLAS 于 2025 年 7 月 1 日由 ATLAS 巡天系统位于智利的望远镜发现,随即被确认为第三颗星际天体。根据哈勃望远镜 2025 年 8 月 20 日的观测,NASA 估计它的彗核直径不小于 440 米、不大于 5.6 公里,很可能比前两位访客都大。

它从人马座方向,也就是银河系中心的方向飞来,被发现时速度约每小时 22.1 万公里。2025 年 10 月 30 日前后它过近日点,距太阳约 1.4 个天文单位,接近火星轨道,被太阳引力加速到每小时约 24.6 万公里。它离地球近时也有约 1.8 个天文单位(约 2.7 亿公里),没有任何威胁。

和前两颗不同,它被发现时就已经有清晰的彗发,可观测的时间窗口也长得多。从地面望远镜到哈勃、韦伯,再到火星轨道上的探测器,许多设备都把镜头对准过它,它因此积累了比前两位丰富得多的观测资料。如今它已越过木星轨道,正在离开太阳系。

双子座北望远镜拍摄的 3I/ATLAS,中央是一团明亮的彗发
2025 年 11 月 26 日双子座北望远镜拍下的 3I/ATLAS。图片:International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/B. Bolin,图像处理:J. Miller、M. Rodriguez、T.A. Rector、M. Zamani

三颗远远不够

把三颗放在一起看,能读出一个正在成形的图景:星际天体大概并不罕见,但能被我们发现、并留下足够观测数据的极少。而它们彼此差异巨大,一颗沉默而诡异,一颗中规中矩,一颗巨大又活跃。每一颗都是另一个恒星系的样本,可我们既拦不住,也追不上,只能趁它路过时尽量多记录一些。

比起「它们是不是外星飞船」,更值得追问的是:为什么这三颗性格如此不同?它们是同一类天体的不同阶段,还是来自截然不同的恒星系环境?要回答这个问题,三个样本远远不够。智利的薇拉·鲁宾天文台投入巡天后,预计会发现更多这样的访客。欧洲空间局的「彗星拦截器」计划 2029 年前后发射,先到日地 L2 点待命,等合适的目标出现再出发,目标之一就可能是一颗星际天体。

想感受这些访客穿过的是怎样一片空间,可以打开探索太阳系,把视角拉远到外行星的轨道,再把时间演化调到每秒 1 周,看行星沿各自的轨道缓缓移动。3I/ATLAS 就是以每小时二十多万公里的速度,从这片空间里一穿而过。