2017年10月19日,泛星巡天望远镜发现了一个暗淡的小天体,其视星等为20等,从运行轨迹和速度可以看出,它很可能不属于太阳系,科学家最初将其命名为“C/2017 U1”。

马斯克2022年7月火星计划(目标追上奥陌陌)(1)

在确定了这个天体是一个来自太阳系之外的星际天体之后,它又被命名为“1I/'Oumuamua”,我们将其称为“奥陌陌”。

奇怪的奥陌陌

奥陌陌是人类发现的第一个星际访客,在夏威夷语中,“奥陌陌”的意思可以理解为“首次来访的远方信使”。观测数据表明,奥陌陌的颜色偏红,拥有较高的密度,不排除它是由金属构成,在其固态的表面上,还覆盖着一层富含碳的物质,不排除存在有机物。

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(奥陌陌想象图)

更令人感到奇怪的是,奥陌陌整体上呈现为一种细长的雪茄状,其长度大约有400米,宽度却只有40米左右,而在此之前,我们从未发现过长宽比如此奇怪的小天体。

这个奇怪的天体很快就吸引了大量关注,外星人爱好者更是提出猜测,奥陌陌很可能就是一艘外星飞船,而科学家们也没有排除这种可能性,实际上,他们甚至还在多个波段对奥陌陌进行了长时间的无线电监听,却一无所获。

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科学家通过观测数据分析出,奥陌陌来自天琴座方向,它以一个近乎垂直于黄道面的角度闯入了太阳系,在通过了近日点之后,其运行轨道因为太阳引力而发生了巨大的弯曲,随后以大约每秒87.7公里的速度直奔飞马座方向而去。

奥陌陌以这样的速度飞行,太阳的引力根本留不住它,所以在不久的未来,奥陌陌注定会离开太阳系,但奇怪的是,科学家发现奥陌陌在飞离近日点的过程中,存在着一个明显异常的加速度。

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如上图所示,奥陌陌的实际运行轨迹(蓝色)与科学家的预测(红色)出现了明显的偏差,要知道现代科学早就可以精确地计算出天体的运行轨迹(否则我们也不可能提前很久就准确地知道什么时候会发生日食、月食等等天文现象),所以出现这种情况的原因就只有一个:奥陌陌因为某种未知原因加速了。

本来奥陌陌就已经很奇怪了,如此一来,就让它显得更加神秘,尽管科学家对其进行了多种基于自然现象的假设,如“氢冰或氮冰假说”、“彗星假说”、“分形尘埃聚集体假说”等等,但不可否认的是,这也让奥陌陌是外星飞船的可能性提升了。

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(外星人爱好者描绘的奥陌陌想象图)

很明显,只有追上奥陌陌对其进行抵达观察,才可以确认它的真实身份,但问题是,奥陌陌跑得那么快,以人类目前的科技实力,想要追上它是非常困难的,这样的情况就好像奥陌陌在对人类说:我来了,我又走了,来追我呀?那人类应该如何应对呢?

科学家:启动天琴座计划!

天琴座计划(Project Lyra)来自一个名为“Initiative for Interstellar Studies”的研究组织,顺便提一下,“戴森球”的提出者、著名科学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)就曾经是该研究组织的成员之一。

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早在2017年,这个研究组织就提出了天琴座计划,并确定了该计划的目标:追上奥陌陌!那如何实现这一目标呢?

最初的时候,科学家考虑过离子推进器、核动力火箭、太阳帆等等方案,但这些方案都因为技术不够成熟而被否决了,后来科学家想到了一种办法,那就是利用行星的“引力弹弓”以及太阳的“奥伯斯效应”(Oberth effect),将探测器加速到足以追上奥陌陌的速度。

“引力弹弓”相信大家都比较熟悉了,这里就略过不提,只介绍一下什么是“奥伯斯效应”,简单来讲,“奥伯斯效应”就是指:对于同一个的速度增量而言,物体的初速度越快,速度增量的使用效率就越高。

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举个例子,当探测器以一定的速度飞近一个天体时,天体的引力就会让探测器不断加速,在这种情况下,当探测器抵达“近拱点”时,其速度就会达到最大,如果我们在此时点燃火箭进行加速,就可以让火箭的推进效率达到最大,从而让探测器获得更高的加速度。

(注:“近拱点”即探测器围绕天体运行的椭圆轨道上距离天体最近的点)

需要指出的是,“奥伯斯效应”并没有违反能量守恒定律,因为火箭喷出的物质其实是火箭初始质量的一部分,从能量的角度来看,探测器增加的动能,其实来自火箭喷出的物质的引力势能。

在太阳系中,太阳无疑是引力最大的天体,所以太阳理所当然地成为了科学家的首选目标,但科学家很快就遇到一个难题。

分析结果表明,如果想利用太阳的“奥伯斯效应”将探测器加速到足够高的速度,探测器就必须距离太阳足够近,而我们都知道,太阳的温度是非常高的,所以探测器就必须要额外配备隔热装置,这就会让探测器质量增加很多,进而使火箭的推进效率大幅降低。

这就意味着,利用太阳的“奥伯斯效应”是很难实现的,怎么办呢?

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科学家将目光投向了太阳系中质量第二大的天体——木星,在经过仔细研究之后,科学家惊喜地发现,仅仅是利用木星的“奥伯斯效应”,就可以将探测器加速到足以追上奥陌陌的速度。

于是在2022年1月,天琴座计划正式启动,根据计划的安排,探测器将于2028年发射升空,在此之后,探测器会在任务的前四年分别绕地球两次、金星一次,木星一次,以获取最大的速度(如下图所示)。

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根据科学家的计算,当探测器从木星出发时,其速度将远超奥陌陌在同等距离上的速度(注:在物体飞离太阳系的过程中,太阳引力会让其不断地减速),预计2054年可以追上它(这也可以理解,毕竟奥陌陌之前已经飞了很久)。

看到这里可能有人会说了,如果奥陌陌真的是外星飞船,那天琴座计划肯定就追不上它了啊,毕竟外星飞船是可以随时改变速度和方向的。

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(奥陌陌光变曲线模拟图)

事实上也确实是这样,但需要注意的是,观测数据显示,奥陌陌一直在“胡乱地翻滚”,这就意味着,就算奥陌陌真的是外星飞船,那它也很可能处于失控的状态,在这种情况下,探测器依然有可能追上它。

总而言之,尽管需要的时间很长,但这仍然是一件值得期待的事情,希望在不久的将来,科学家真的能够解开奥陌陌给我们带来的谜题。

参考资料:

Adam Hibberd, Andreas Hein, Marshall Eubanks, Robert Kennedy III,Project Lyra: A Mission to 1I/'Oumuamua without Solar Oberth Manoeuvre.


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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