宇宙来信

从别的恒星系统寄来的三封信

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哈雷阿卡拉天文台

第 1 节哈莱阿卡拉的一串数字

2017 年 10 月 19 日清晨,夏威夷毛伊岛,哈莱阿卡拉山顶的泛星一号望远镜刚走完一夜巡天。天文学家罗伯特·韦雷克(Robert Weryk)在数据里翻出一个会动的小点,离地球约三千三百万公里。

屏幕上给它的临时编号是 P10Ee5V,一串随手给的字符。往前翻旧图,九月九日它就已经过了近日点,比水星轨道还靠里,被发现的时候,它已经在往回走了。

真正让人坐不住的是轨道。十月三十日,各地的望远镜把它算清楚:离心率 1.196。

太阳系里所有天然天体都走闭合的椭圆,因为它们是本地出生的。1.196 大于 1,这条轨道是双曲线,一头扎进来,一头拐出去,从此不再回头。

十月十九日当天,屏幕上只有一个编号,没人知道它是什么。

它后来有了正式编号 1I/2017 U1,还有一个夏威夷语的名字:奥陌陌(ʻOumuamua)。NASA 给的译法是「从远方来、先到的那位信使」。

这件事牛顿在《自然哲学的数学原理》里就写下了。1687 年,他证明天体的轨道可以是椭圆,也可以是抛物线或双曲线。人类等到三百三十年之后,才第一次看见一条真的双曲线。

中配 奥陌陌

第 2 节它到底是哪儿来的东西

结论放在最前面:奥陌陌是别的行星系统在形成时甩出来的碎块。

行星从一张绕着年轻恒星旋转的气体和尘埃盘里长出来。盘里的颗粒滚成石子,粘成石块,最后长成行星。这个过程总会剩下大量边角料。

一颗行星怎么把自己的碎块扔到恒星系统外面去?边角料要是靠巨行星太近,就会被引力弹出去。速度一旦超过逃逸速度,它就永远离开了自己的恒星。

想象开球那一下:一堆球被撞散,总有一两颗飞出台面,滚到墙边。那颗球还在屋里,但它已经不属于这一局了。星际天体就是那颗飞出去的球,只不过撞它的不是球杆,是行星的引力,而球台是它的整个恒星系统。

望远镜里它只是一个小点,颜色偏红,跟太阳系外缘那些被宇宙线烤了几亿年的石头是同一个色调。这点红是长途旅行留下的痕迹,也是它第一批被认出来的线索之一。

三颗访客的脾气差得很远:

  • 奥陌陌干燥,不吐气,形状被光变曲线逼成一根雪茄,走的时候还偷偷加了一点速;
  • 鲍里索夫是规矩的彗星,一路冒着一氧化碳浓重的气;
  • 阿特拉斯是三颗里最亮最大的那一颗,也是唯一一颗在进来的路上就被抓住的。

样本只有三份,任何一句总结都得打个折扣。

鲍里索夫彗星

第 3 节自磨镜片的那位业余爱好者

先说 2017 年那一次是怎么测出来的。消息传出去不到一周,智利帕瑞纳山上的甚大望远镜就把 FORS 相机对准它,用四个滤光片各拍了一遍。

夏威夷大学天文研究所的卡伦·米奇(Karen Meech)把全球的观测拼到一起,发现它的亮度在几个小时里能差出十倍。她的原话是:「亮度变化这么大,说明它特别细长,长和宽大概差十倍,形状还很扭曲。」

一个自转周期 7.34 小时、亮度差十倍的天体,只能是极度拉长的东西,长约四百米,宽度大概只有十分之一。这是从光变曲线反推的,从来没有人真的看清过它。

哈勃望远镜后来也加入了。它必须跟着这个天体移动才拍得清楚,所以照片里背景的星星全被拉成一道道横线,只有中间那个点是实的。

麻烦出在 2018 年六月。欧洲空间局的马尔科·米凯利(Marco Micheli)团队在《自然》上报告:奥陌陌往外走的时候,速度比只受太阳引力该有的速度大了一点点,大约是太阳引力的千分之一。

这一点点加速度,在彗星身上通常是喷气造成的反冲。可奥陌陌从头到尾没有彗发,没有尾巴,斯皮策红外望远镜甚至没测到它的热辐射。

同年,天体物理学家罗曼·拉菲科夫(Roman Rafikov)就指出这条路走不通:如果真是喷气推的,那股力矩几天之内就能把它转得散架,而它的自转一直很稳。

答案要到 2023 年三月才出来。加州大学伯克利分校的珍妮弗·伯格纳(Jennifer Bergner)和康奈尔的达里尔·塞利格曼(Darryl Seligman)在《自然》上提出:几亿年的宇宙射线,把冰里最多三成的水变成了氢气,氢气被锁在冰的结构里;靠太阳一近,氢慢慢漏出来,把尘埃都留在了身后。

伯格纳的报告里有一句很实在的话:「我们不需要动用任何超级奇特的东西来解释它的行为。」

第二颗是在克里米亚被找到的。2019 年八月最后一夜,业余天文学家根纳季·鲍里索夫(Gennadiy Borisov)用自己磨镜片做的望远镜,看到一个亮度不高、方向不对的点。它成了第一颗被确认的星际彗星。

鲍里索夫彗星吐气吐得很凶。ALMA 射电阵列和哈勃测出,它周围一氧化碳的浓度是太阳系彗星平均值的九到二十六倍。

第三颗就不一样了。2025 年七月一日,智利里奥乌尔塔多站的 ATLAS 巡天系统抓到它,最初编号 A11pl3Z。

不久编号改成 3I/ATLAS。这一颗是在进来的路上就被逮住的,观测窗口最长,收获也最厚,三台顶级设备分别读了它的化学成分:

  • 韦伯太空望远镜的 NIRSpec 测水里的氘,比太阳系彗星高出约三十倍;
  • 甚大望远镜的 UVES 测氰化氢里的碳、氮同位素比,也远高于本地彗星;
  • 威廉·赫歇尔望远镜上的 WEAVE 光谱仪,第一次在一颗彗星的离子尾里同时认出五种离子。

中国的天问一号火星环绕器在 2025 年十月三日从两千八百多万公里外拍了它一张高分辨率照片。

论文跟着一年多陆续出来。2026 年六月,NASA 戈达德的马丁·科迪纳(Martin Cordiner)团队在《自然》上给出氘和碳同位素的测量;七月,爱丁堡大学的西里尔·奥皮托姆(Cyrielle Opitom)团队在《自然·天文学》上给出氰化氢的同位素比。两组数据指向同一个方向。

不确凿的地方要说清楚。奥陌陌的形状从来只是从光变曲线推出来的,那张著名的雪茄图是画家的想象。阿特拉斯的彗核有多大,各家估计从不到一公里到二十多公里都有。一颗包在明亮彗发里的核,本来就难量。

氢气那个解释是目前最省事的一个。它不需要新物理,可也没有任何一次直接观测拍到过氢气。九年过去,奥陌陌留下的仍然只有一条光变曲线和一点加速度。

射电天文界也守过它。绿岸望远镜和艾伦望远镜阵在它最亮的那段时间里听了很久,没有收到任何人工信号。

第 4 节一百二十亿年前的冰

先说距离。它在近日点离太阳只有 0.255 个天文单位,已经进到太阳系的内圈。离地球最近是在 2017 年十月十四日,两千四百万公里,大约是地月距离的六十三倍。听着不近,可那是整个故事里最近的一次接触。

再看速度。它离开太阳系之后,相对太阳的巡航速度是每秒 26 公里。换算一下:一分钟走一千五百六十公里,比北京到上海的直线距离还多四百公里。近日点那一下更快,每秒 87.7 公里。

阿特拉斯更狠。过近日点时每秒 68 公里,出了太阳系之后还剩 58 公里。按这个速度,从地球飞到月球用不到两小时。

三颗的大小差得很远。奥陌陌最长不过四百米,宽几十米;鲍里索夫的核不到一公里;阿特拉斯(3I/ATLAS)是这三颗里最大的,按不同团队的估计,彗核从不到一公里到二十几公里都有可能。

真正让人发愣的是年纪。阿特拉斯的水里氘多得异常,甲烷里的氘氢比高得更离谱,碳十三却少得可怜。这两条都指向同一个说法:它成冰的那团云,没被一代代恒星加过料。

两个团队给出的答案是一百亿到一百二十亿年前(Cordiner 等,2026 年六月《自然》;Opitom 等,《自然·天文学》)。太阳今年四十六亿岁。地球上的岩石,最老的一块是四十四亿岁。

它结冰的时候,太阳还没生出来,地球上还没有任何一块石头。

WEAVE 测出的氮气与一氧化碳比例,把它的诞生温度压在零下 240 摄氏度以下。那个温度里,连氮都是冻硬的。

假如它从被甩出去那天起就以每秒 58 公里笔直地飘,一百亿年能飘出将近两百万光年,等于二十个银河系横着排开。它当然不会走这么直,一路上被恒星引力拽来拽去,但这段路的方向和长度,大致就是这个量级。

探索3i/atlas

第 5 节银河系里最常见的石头

按现在的估计,银河系里这类被甩出来的碎块,数量级是 10²⁶ 个。这个数字是从三次探测外推的(Hoover 等,2022 年《行星科学杂志》),误差可能有好几个数量级。

数量级要是没差,太阳系内部同时就有好几万个。它们太小、太暗、跑得太快,我们看不见。

牛津大学天体物理学家克里斯·林托特(Chris Lintott)在 2025 年赫尔辛基的一场会议上讲了两句:「这类星际天体是银河系里最常见的宏观物体。」「我们只找到三个,挺好玩的。」

他还讲过一件事。平时我们说采样返回,意思是发射一台探测器,飞十年,抓一把土带回来。星际天体把这件事反过来做了,它自己飞了几十亿年,把别的恒星系统的样品送到我们门口。

这三块石头,凭什么值得动用这么多望远镜?NASA 戈达德的斯特凡妮·米拉姆(Stefanie Milam)把话说得更远:到目前为止,我们只知道一处地方,化学演化出了生命,就是我们的太阳系,我们的地球;分析这些星际天体,是搞清楚生命的条件在宇宙里到底常见还是罕见的重要一步。

我们住的这间屋子,门一直开着。

织女星 天琴座α 同时也是夏季大三角的顶部

第 6 节抬头时该往哪里看

先说坏消息:三颗现在都看不见了。奥陌陌 2018 年就出了能观测的范围;鲍里索夫 2020 年暗到望远镜也抓不住;阿特拉斯正在木星轨道外面,以每秒 58 公里的速度往外走,甚大望远镜的观测季也已经收尾。三封信读完了,信箱暂时是空的。

但方向还在。奥陌陌来的时候,路径大致对着天琴座北部,离织女星不远。织女星是全天第五亮的星,视星等 0.03。九月的晚上八点一过,它几乎就在你头顶正上方;再过两三个月,就落到西边低空去了。

抬头看它的时候记住一件事:那颗星离我们 25 光年,而 2017 年那颗访客跟织女星没有一点关系,方向对上只是巧合。织女星自己也在以每秒十几公里的速度跑,一百多万年前根本不在现在这个位置上。

下一颗什么时候来?按最保守的估算,鲁宾天文台的十年巡天能再抓十几个(Hoover 等,2022 年);乐观的推算说每年最多能有几十个(Marceta 与 Seligman,2023 年)。欧洲空间局还在推一个叫「彗星拦截器」的项目,思路是让探测器先在太空里待着,等一颗合适的彗星冒出来再扑上去。

奥皮托姆说过一句话,放在这里收尾:「这个领域还很新,我们真的不知道会遇到什么。每发现一个新的,我们就有新的意外。」

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  4. 一百二十亿年前的冰
  5. 银河系里最常见的石头
  6. 抬头时该往哪里看