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“奥陌陌”是小行星、彗星,还是外星文明发射的探测器?

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天文在线 2021-07-23 09:09

简介:有关外星人和时空旅行者的一些理论。

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图源:ESA/哈勃/NASA/ESO/M.Kornmesser

2017年10月19日,夏威夷哈雷阿卡拉天文台宣布,全景调查望远镜和快速反应系统(PanSTARRS-1)探测到一个奇怪的物体,该物体在大约12天前(10月7日)飞过地球。人们很快意识到这是一个星际物体,也是第一个被观测到穿过太阳系的天体。

按照传统,天体的命名权属于第一个发现它的机构,这次是夏威夷的哈雷阿卡拉天文台。因此,国际天文学联合会将其命名为“奥陌陌”,在夏威夷语中是“侦察员”的意思(更准确地说,是“远方首先到达的信使”)。

在接下来的十一天里,世界各地的天文台(以及太空中的仪器)对奥陌陌进行了观测,当时它在朝着飞马座的方向飞向太阳系的边缘。他们的观察结果让科学界的许多人摸不着头脑,想要寻找可能的解释。

首先,人们十分困惑于奥陌陌的分类。最初,人们认为它是一颗彗星,然后认为是一颗小行星,然后完全是另一种东西。但是,由于奥陌陌的光学、光谱和红外数据显示了奇异的特点,而且与任何已知天体都不一致,没有人能确定它到底是什么。

然后是它奇怪的行为,比如,它在近日点时没有长出尾巴,而且是加速离开太阳系。可以肯定的只有两件事:第一,这个物体来自星际空间;第二,天文学家从未见过这样的天体。

就在这时,在奥陌陌在太阳系中来了又去的差不多一年之后,哈佛大学理科教授亚伯拉罕·勒布教授提出了一种有争议的解释。如果它与任何已知的自然物体不一致,那它可能是一个人造物体吗——例如,一艘星际飞船?

从那以后,勒布教授在许多研究、论文以及(最近出版的)一本名为《地外来客:地外智慧生命的第一个迹象》的书中建立并解释了这个假说。他的书在1月26日上架,并引起了更多关于奥陌陌的争论。

这本书不仅关于科学兴趣或理论,还包括了勒布教授分享的个人生活故事,以及这些如何影响他提出这个理论。他还花时间解释了这个“星际访客”的意义,以及对于未来的意义。

如果奥陌陌真的是一艘星际飞船,那么它对人类和地外文明搜寻计划的影响将不可估量。但要真正理解这种可能性,人们必须抛开哗众取宠的争议,认真审视现有的证据。

  1. 一个真正的“奇异”天体

国际天文学联合会在10月至11月中旬三次改变了奥陌陌的命名,一定程度上说明了它令人困惑的特点。根据现代IAU命名惯例,天体的编号是由以下字母数字组成的代码:

  • 一个前缀,指对象的类型:

    • P/周期性彗星

    • C/非周期彗星

    • X/无法计算有意义轨道的彗星

    • D/不再存在或已消失的周期性彗星

    • I/所有星际物体,无论是彗星还是小行星

  • 发现的年份

  • 一个代表彗星发现的那半个月的字母

  • 一个代表半个月内发现顺序的数字

最初,国际天文学联合会命名它为C/2017U1,这反映了主流理论:这是一颗彗星。然后基于它更符合小行星特点的数据,改为了A/2017U1。最后,到11月中旬,他们最后一次把它更名为1I/2017 U1,表明它来自星际。

相关内容:“奥陌陌”的7项异常

2018年11月20日《科学美国人》杂志上的一篇文章中,勒布教授说,奥陌陌带来了科学家们很难用“自然现象”解释的六大异常。

简单地总结一下,在我们的仪器观测到它的11天时间里,收集的数据表明,奥陌陌要么极长,像雪茄一样,要么更像是圆盘形状。它还具有高反射率,由于加速而偏离了太阳引力所指示的轨道。

奥陌陌的运动学特征表明,它一定起源于一个非常特殊的参考系(在我们的银河系中,500颗恒星中有1颗是这样),需要非常强大的推力才能把它抛出其母恒星系统。

最后一点是,这暗示着存在着大量的星际天体。如果我们银河系中的每一颗恒星在其一生中都抛出了1千万亿(10^15)个天体,这就非常可能。

虽然不是不可能,但勒布引用了之前和之后的研究证明,研究人员总在低估银河系中星际天体的可能数量。正如他所指出的,这些估算结果比10^15低了好几个数量级。

这些异常现象中的任何一个都可以用1/10,1/100,或1/1000的概率来解释。但综合考虑,这样一个奇异的物体出现在我们的太阳系并表现出这样的行为的几率约为百万分之一!

图源:techeblog

  1. 一个“奇异”的理论

勒布教授特别感兴趣的是奥陌陌加速离开太阳系的方式,这显然是对太阳辐射压的反应。彗星暴露在太阳辐射下会释放气体,奥陌陌也有这样的现象。

然而,由于加速度的增加并没有伴随着分解率的增加,科学家们已经排除了奥陌陌是一颗彗星的可能性。由于科学家不能将其归因于作用于它的引力,太阳辐射压是唯一的解释。

对此,勒布教授和他的一名博士后学生(萨缪尔·比亚利博士)开始考虑另一种解释。如果奥陌陌根本不是一个自然物体呢,如果它是一艘星际飞船呢——或者可能是一个被遗弃的碎片?

当时,勒布刚刚为“突破射星”项目开发了光帆飞船的概念。“突破射星”是“突破倡议”于2016年启动的一个项目,目的是开发一艘星际飞船,在我们一生的时间里到达半人马座阿尔法星(4.37光年远)。

概念类似于太阳帆,射星号的设计将包含一个由高反射材料组成的帆,由100亿瓦激光加速。通过一个智能手机大小的航天器(星芯)来收集数据,射星号将能够达到光速的20%(1.34亿英里/小时;2.16亿公里/小时),并在大约20年内到达半人马座阿尔法星。

除了勒布教授,“突破射星”还依赖于加州大学圣巴巴拉分校的菲利普·卢宾教授的专业知识。多年来,卢宾教授在美国国家航空航天局的支持下,从事定向能(激光)应用于太空旅行和行星防御的研究。

射星号之外,勒布教授和卢宾教授还在许多研究领域进行了广泛的合作,其中包括一些开创性的论文,关于如何通过寻找技术活动的特征来检测外星文明(又名“技术签名”)。

2016年,卢宾教授发表了一篇论文,探讨了定向能量系统的迹象作为技术特征的可能性。到了2018年,定向能量的溢出(如激光闪光)被收录进了美国宇航局技术签名目录中。

考虑到这一切,勒布教授开始研究光帆的可能性,看看这样是否可以解释奥陌陌的反常行为。作为哈佛大学理论与计算研究所(UTC)的创始人,勒布精通测试理论、计算数字。

他们揭示的结果相当有趣,令人兴奋!奥陌陌不仅在突然加速方面与光帆的性质一致,它的其他奇异之处——圆盘形状、低质量与面积比,甚至它的轨道——都与飘进我们恒星系统的探测器一致。

勒布说,另一种“更奇特”的可能性是,它可能是被有意送过来的!毕竟,它的轨道让它绕着太阳旋转,并快速掠过地球,这与重力辅助和飞越机动一致。

这些可能性在当时看来显然不切实际。但尤其令人困惑的是,光帆解释与事实的契合程度,是其他(自然的)解释无法做到的。正如勒布教授在电子邮件中解释的那样:

“光帆假说解释了奥陌陌由于反射阳光而产生的过度加速。如果我们要用自然天体解释,这许多的异常现象就得让我们把它归进从未见过的物体类型——而且所有的假说都带有显著的缺点:固态氢冰——会在旅程期间吸收星光蒸发殆尽;比空气稀薄一百倍的积尘——材料强度不足以承受被太阳加热到数百度;被潮汐力撕碎的残片——不会拥有奥陌陌据推测的薄饼形。”

2018年10月,一篇名为《太阳辐射压能否解释奥陌陌的奇特加速?》的论文在网上发表,提出了这些争论。该研究经过同行评审,然后接受发表在11月8日的《天体物理学杂志通讯》上。

  1. 不同寻常的说法……

公平地说,并非只有勒布教授认为奥陌陌可能是一艘外星飞船。事实上,斯蒂芬·霍金教授和他在“突破聆听”的同事们已经考虑过这种可能性。这个项目也是由“突破计划”发起的,是迄今为止进行的规模最大的地外文明搜寻计划项目。

相关:以斯蒂芬·霍金为首的科学家们相信,访问我们的星际物体可能是外星飞船

利用该计划的网络——包括绿岸望远镜、帕克斯望远镜和自动行星发现者——霍金和“聆听”团队在11天的观测窗口期间监测了奥陌陌,以寻找无线电信号的迹象。没有发现信号,但外星人存在的可能性已经泄露了!

从那以后,天体物理学家一直试图提供其他解释。这些可能性包括:奥陌陌是彗星在接近太阳时破碎的碎片,冰冻的氢分子组成的一块板(一块暗色的氢冰),或者是由破碎的彗星碎片组成的聚集体(或星际尘埃团)。

然而,这些理论中没有一个能长期存在。正如勒布所言,为了解释观测到的许多异常现象,它们要么有致命的缺陷,假设了极不寻常的物体(类似的东西以前从未见过),要么是假设了极不寻常的环境。

艺术家对光帆的想象图。图源:突破射星

与预期相同,在勒布首次分享假设之后的三年里,人们的反应喜忧参半。一方面,它激发了公众和媒体极大的热情和轰动。勒布说:

“公众的反应非常积极。这本书一出版,就立刻成为世界许多国家的畅销书。在过去的8周里,我接受了大约300个播客、电台、电视台和报纸的采访。有24位电影制片人对这本书感兴趣。”

与此同时,科学界对这本书的反应让勒布颇为失望。随着这篇论文的发表(以及这本书的出版),许多天文学界甚至地外文明搜寻界的人都对他的理论持批评态度。

大部分的惊愕似乎来自地外智慧生物这个主题,勒布认为科学界把这误解为了一个非科学的问题:

“科学界的反应大多充满敌意,只有二十几位同事给我发了电子邮件,说他们同意我的说法,但不敢公开表达他们的钦佩,因为担心这可能会损害他们的职业机会。我希望科学讨论能集中在解释奥陌陌所表现出的异常现象上,因为这才是科学探索的自然过程,来分辨奥陌陌起源于自然还是人工。”

图源:sci-news

  1. 需要非同寻常的证据!

在《地外来客》一书中,勒布多次重申了他如何通过现有的证据得出假设,以及如何以一种完全科学的方式得出。2017年10月这11天的发现让科学界感到困惑,这是有原因的!

什么样的自然物体又明亮,又平坦,反射率强(但很冷),由于自旋而亮度变化很大,并且能够偏离由太阳引力决定的路径?

正如勒布强调的那样,所有关于奥陌陌是天然物体的解释,都假设了以前从未见过的物体,从统计学上讲,它们比宇宙飞船更不可能出现。他认为,如果奥陌陌是彗星,就会有彗尾。如果是小行星,就不会在远离太阳时加速。

如果它是一大块氢冰,就会在近日点时蒸发掉。如果是一种极其罕见的彗星碎片集合(星际“尘埃团”),它会在太阳附近燃烧或者解体。这些解释都不符合事实,那么为什么不认为它是来自星际的光帆?

正如勒布和比亚利2017年的论文中所写的那样,“奥陌陌代表了一种新的星际薄物质,要么在[星际介质]或原行星盘中由未知的过程自然产生,要么是人工制造的。”简而言之,如果它是天然的,那么就属于从未检测到的外来天体类型,以及来自未知的过程。

图源:NASA/ESM/STScI

为了好玩,让我们假设我们有可能确定奥陌陌是什么。然后又怎样?如果它是一个我们从未见过的天然物体,这意味着在宇宙中有我们从未见过的奇异物体和过程。由此产生的研究潜力将是天文数字(毫不夸张!)

但如果它真的是星际光帆,其意义可能会大得多!当被问及可能是什么时,勒布用以下方式描述:

“这将产生巨大的影响,对于我们感知自己在宇宙中位置的方式、我们对太空的渴望以及我们的哲学和神学信仰。这种心理冲击可能与我的女儿们上幼儿园第一天遇到的那种类似。在那之前,我的女儿们认为她们独一无二,世界都以她们为中心,没有人比她们更聪明。”

他不在开玩笑!人类第一次有了确凿的证据证明我们在宇宙中并不孤单。费米悖论将被永远解决,我们也将知道未来要寻找什么。

我们也可能会有点紧张,因为有人没有警告我们,就按响了我们的门铃。如果我们知道他们要来,我们就会赶紧做好准备!我们中的许多人会抱好自己的珍宝,希望发送探测器的智慧生物不会计划稍后出现来踢门!

  1. 有可能吗?

自从勒布教授在2018年提出了他颇具争议的理论以来,经常有人引用卡尔•萨根的这句话,包括我自己。具体来说,就是受到这位已故科学家的地外文明搜寻研究的启发:

“非凡的主张需要非凡的证据。”

勒布教授自己在书中也引用了这句话,概括了他和同事们对奥陌陌的看法。他并没有草率地得出“奥陌陌一定是一艘外星飞船”的结论,而是阐述了最初的好奇心让他在给出解释之前对证据进行了思考。

同样,勒布在他的书中引用了另一段著名的内容,描述了他提出有争议假说的原因。这是阿瑟·柯南·道尔爵士的话,借他的著名文学角色,夏洛克·福尔摩斯之口说出:

“当你排除了不可能的事情,剩下的无论多么不可能,也一定是真相。”

这句话有效地总结了由法国著名学者勒内·笛卡尔推广的演绎推理法。如果我们穷尽所有关于奥陌陌的天然解释,那还剩下什么?虽然这样想似乎很奇怪,但唯一剩下的解释就是它并非自然天体。

图源:哈佛-史密松森CfA

但这不是重点。我们最终也无法确定奥陌陌到底是什么,因为目前无法收集到更多的数据。勒布在他的《地外来客》一书(以及带来这本书的争议理论)中提倡的是让人们认真对待这种可能性。

在这方面,并不是只有他一个人。除了斯蒂芬·霍金博士和“突破聆听”在努力探测奥陌陌发出的信号,伟大的卡尔·萨根也以在处理未知事物时鼓励质疑与想象而闻名。

1966年,萨根和洛西夫·什克洛夫斯基出版了《宇宙中的智慧生命》,这是什克洛夫斯基早期著作(《宇宙,生命智慧》,1962年在苏联出版)的英文版本。在第33章“直接接触的可能后果”中,他们声称科学家们应该认真对待外星人曾经造访过地球的可能性。

他们进一步提出,过去接触的证据可以保存在各种文化的民间传说和神话传统中。萨根和什克洛夫斯基举了一个例子,1786年太平洋西北地区的特林吉特人与法国拉白鲁斯探险队之间的接触。

这一事件直到一个世纪后才被人类学家G.T.埃蒙斯记录下来。虽然它以特林吉特神话为讲述背景下,并包含了超自然的元素,但这些描述无疑是对真实事件的忠实复述。萨根和什克洛夫斯基认为,过去到访地球的外星人也可能留下这样的痕迹。

萨根和什克洛夫斯基肯定会强调质疑的必要性,这在很大程度上是因为20世纪70年代末流行的“古代宇航员”理论。无论如何,他们敦促科学界在作出判断之前考虑这种可能性。

同样,勒布教授也敦促科学界对奥陌陌采取相同的态度,尽管对他来说,这不仅仅是科学方法或证据的问题。正如他所解释的那样,这也是为了鼓励人们超越舒适和熟悉的事物,去考虑更多的可能性:

“一开始,我告诉出版商,如果世界上有一个人在读了我的书之后决定成为一名科学家,我就很满意了。上周,一位来自非洲马拉维的妇女写信给我说,她觉得我的书太伟大了,让她想成为一名天文学家。我告诉她我最初与出版商的对话,并问她:‘你是那个读了我的书后想成为科学家的人吗?’她回答:‘要么是我,要么是我的小女儿。’我邀请她去哈佛见面了。”

by:Matthew S. Williams

FY: 五水合硫酸铜

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