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回顧:奧陌陌是啥?為何它突然「加速離開太陽系」,到底發生了什麽?

2024-10-22科學

2017年,科學家們首次發現太陽系中有一個天外來客。 它不屬於太陽系,卻遠道而來進入太陽系,因此人們給它取名為第一位來自遠方的使者( ʻOumuamua ),中文音譯為奧陌陌。

奧陌陌是神秘的遠方信使,它長相怪異形似雪茄,不少天體物理學家都認為它是利用光帆推進的外星飛船。它到底是什麽?是如何來到太陽系的?有哪些奇怪之處?來到太陽系後為何又急著離開而「踩踏油門」?讓我們到太空去看看這位神秘的天外來客。

奧陌陌的發現

奧陌陌於2017年10月19日被泛星巡天望遠鏡發現,當時它距離地球約3000萬公裏,也就是0.2個天文單位。 最初,科學家們認為這是一顆彗星,因為它的軌域非常偏心。也就是說,它離太陽越遠,它的運動就越慢;離太陽越近,它的運動就越快,這是彗星的典型特征。因為彗星通常由冰和巖石組成,當它們接近太陽時,冰會變成氣態,形成尾巴。

但是,當位於智利的甚大望遠鏡對奧陌陌進行觀測時,它並沒有發現任何彗發。這表明奧陌陌不是由冰塊構成的彗星,而是由巖石構成的小行星。這也意味著, 奧陌陌誕生於母星系的冰線之內,與彗星不同,它沒有在太陽系中形成,這初步確認了奧陌陌來自於太陽系外。 這是一個喜人的發現,因為在此之前人類從未在太陽系內發現源自太陽系外的天體。

奧陌陌的形狀也非常奇特,它的 長度大約為400公尺,寬度為40公尺,外形類似於一個扁平的煙囪或香腸。 這種形狀在太陽系內的小行星和彗星中是非常罕見的,這也是奧陌陌被認為是太陽系外來客體的原因之一。

最終,國際天文聯合會於2017年11月6日將該小天體命名為1I/ʻOumuamua。其中的「I」代表星際天體(Interstellar object),這是為了表示奧陌陌是第一個被證實來自星際空間的天體。

來客源自何方?

據現有觀察數據顯示: 奧陌陌是一顆直徑在百米級別的小行星,它以每秒26公裏左右的速度從天琴座方向沖進太陽系,幾乎與黃道面垂直,而且速度遠超太陽系內的小天體。 科學家們推測,奧陌陌可能來自距離地球大約163至277光年的某個恒星團,並在4000萬年前被一顆行星丟擲來。但是,它為何會來到太陽系?人們至今仍然無從得知。

奇怪的突然加速

根據觀測,它在 到達近日點後突然加速,由原本的每秒26公裏,驟然飆升至每秒40公裏的速度,並且完全朝著相反的方向離去。 這種像是猛踩油門,急著離開的樣子吸引了科學家們的註意。不少科學家認為,奧陌陌實際上是一個人工制造的光帆飛行器,它是外形派來的偵察機,它形似雪茄的暗紅色外表只是它的偽裝,而且這種長梭的外形也更利於減少阻力。

然而這種現象看似不合理,其實正說明了奧陌陌的來源。 奧陌陌本就不屬於太陽系,在到達近日點時,它不僅沒被吸引過去,甚至還發生了重力彈弓效應,即先加速接近太陽,再以更快的高速離開太陽,所以奧陌陌的行進速度才提高到了每秒40公裏。 在人們看來,就像是突然猛踩油門,想要逃離太陽系一樣。這個神秘的旅行者,以它神秘的方式,依然在宇宙中默默前行,留下了人類無盡的想象和思考。

奧陌陌到底是不是彗星?

就如前文提到的一樣,科學家們一開始認為奧陌陌是彗星,後來發現它沒有彗發,因此認為它是小行星。然而2023年的最新發現證明,奧陌陌很可能就是一開始所認為的彗星,只不過這顆彗星來自太陽系外。

美國加利福尼亞大學的研究團隊認為, 奧陌陌在接近太陽時被加熱,其內部的氫氣逃逸出來產生的推力使它獲得了加速,所以它不像普通彗星一樣具有彗發和彗尾。 這意味著奧陌陌可能來自某顆鄰近的恒星,原本與普通彗星類似,富含水冰和巖石。但是 由於某種原因被彈射出來,在宇宙射線的高能作用下,水冰被轉換成了氫氣。

盡管研究成果已經刊登在英國的【自然】雜誌上,但相關看法仍然屬於猜測,人類無法排除奧陌陌可能是外星偵察機的身份。於是一項由美國和英國合作的追趕計劃被提出了。

太空追趕計劃

美國太空計劃公司和英國星際穿越研究倡議組織合作,初步推出了追趕奧陌陌的計劃。計劃內容顯示,人類飛船將於2028年發射,計劃代號 「木星歐伯斯策略」(Jupiter Oberth maneuver)」。

所謂木星歐伯斯策略是一種用於太陽系探測任務的軌域轉移策略,利 用木星巨大的重力場來加速和調整探測器的軌域,從而達到更遠的目的地或更高的速度。

這種策略利用了重力彈弓效應,即在接近行星時,速度增加的效應。由於木星品質非常大,它的重力場非常強大,當探測器經過木星時,它將先以相對較慢的速度接近木星,然後在木星重力的作用下逐漸加速,最終以更快的速度離開木星。 這種加速效應可以使探測器的速度增加數千米每秒,而不需要使用大量的燃料來加速或改變軌域。

在執行「木星歐伯斯策略」時,探測器需要在接近木星時進行精確的引擎點火,以使其軌域與木星的重力場交互作用。這種點火必須非常準確,以確保探測器能夠獲得最大的速度增益,並保持足夠的安全距離以避免被木星重力捕獲或碰撞。

「木星歐伯斯策略」已成功地套用於許多太陽系探測任務,包括旅行到太陽系邊緣的「旅行者」號和「新視野」號探測器,以及前往土星和冥王星的「卡西尼」號和「新視野」號探測器。這種策略是太陽系探測任務中非常重要的一項技術,可以大大節省燃料和時間,提高任務的成功率和效率。

初步估計飛船將在發射四年後進入木星軌域,屆時就會燃燒燃料進行加速。 逃離木星重力捕獲後,利用重力彈弓效應加速,最終以每小時13.32萬千米的速度追趕奧陌陌,由於奧陌陌已經先跑了很長距離,因此科學家們預測,人類飛船將在20年後,也就是2050年左右接近奧陌陌。 屆時飛船將給奧陌陌近距離拍照,傳回數據以供地球天文學家研究,它到底是彗星還是小行星,亦或者是一艘偵察機,屆時都將公布答案。

結語

奧陌陌的發現是人類對宇宙的一次重大突破,它帶給我們無盡的想象和思考。雖然我們仍然無法確定奧陌陌的真正身份,但這神秘的旅行者激發了科學家們的好奇心和探索欲望。 無論奧陌陌是星體、小行星還是外星飛船,它都向我們展示了宇宙的廣闊和多樣性。 它的形狀、軌域特征與太陽系內的天體完全不同,這讓我們認識到宇宙中存在著許多未知的事物等待我們去發現。

追趕奧陌陌的計劃展示了人類對於探索未知的勇氣和決心。 透過利用木星歐伯斯策略,我們將能夠更快地接近奧陌,並獲取更多關於它的資訊。 這將為我們解開奧陌陌的謎團提供重要線索,進一步推動我們對宇宙的認知。

無論最終的結果如何,奧陌陌的發現已經成為人類歷史上的一個裏程碑 。它喚醒了我們對於宇宙的好奇心,讓我們認識到宇宙是一個充滿未知和驚喜的地方,我們應該保持好奇心和開放的態度,繼續勇往直前,探索更多的奧秘。 奧陌陌的故事還在繼續,讓我們一起期待未來的發現和探索,相信人類的智慧和科技將帶領我們更深入地了解宇宙的奧秘,為人類的進步和發展做出更大的貢獻。