張-林?jǐn)?shù)值模擬得到的奧陌陌(來(lái)源：國(guó)家天文臺(tái)/張韻)?！?guó)家天文臺(tái) 供圖

中新網(wǎng)北京4月14日電 (記者 孫自法)太陽(yáng)系內(nèi)探測(cè)到的首個(gè)系外到訪(fǎng)的星際天體“奧陌陌”(‘Oumuamua)是如何形成的?天文學(xué)家最新研究表明，這個(gè)“星際訪(fǎng)客”或是一個(gè)行星天體的碎塊——可能是被原行星系統(tǒng)中恒星的潮汐作用撕碎并甩出的碎片。

藝術(shù)家描繪的奧陌陌(來(lái)源：ESO/M. Kornmesser)?！?guó)家天文臺(tái) 供圖

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)張韻博士與美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校林潮教授共同完成的這一重要天文研究成果論文，已獲最新一期國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-天文》在線(xiàn)發(fā)表，論文提出的新模型揭示出這類(lèi)星際天體的形成機(jī)制和成為星際天體的過(guò)程，數(shù)值模擬結(jié)果首次全面系統(tǒng)地復(fù)現(xiàn)了奧陌陌的所有特征。

近距飛越恒星潮汐撕裂過(guò)程(來(lái)源：國(guó)家天文臺(tái)/張韻)?！?guó)家天文臺(tái) 供圖

2017年10月，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆闖入太陽(yáng)系的系外小天體，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)將其命名為“奧陌陌”。作為人類(lèi)觀(guān)測(cè)到的首個(gè)星際天體，奧陌陌的到來(lái)引起全球廣泛關(guān)注，其獨(dú)特的性質(zhì)也引發(fā)學(xué)術(shù)界對(duì)原有星際天體形成和演化機(jī)制的重新討論。奧陌陌長(zhǎng)約100米，長(zhǎng)短軸比例為6:1–10:1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知太陽(yáng)系內(nèi)小天體的長(zhǎng)短軸比例，具有極其特殊的狹長(zhǎng)外形，它在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中伴隨著快速旋轉(zhuǎn)，并且自轉(zhuǎn)軸不固定。

在奧陌陌被發(fā)現(xiàn)之前，現(xiàn)有的行星系統(tǒng)理論認(rèn)為彗星更容易被其原有行星系統(tǒng)甩出，并且由于彗星比同尺寸的小行星更為明亮，可觀(guān)測(cè)到的星際天體應(yīng)多為彗星。因此，天文學(xué)家希望利用觀(guān)測(cè)的手段驗(yàn)證奧陌陌屬于彗星的猜想。但是，即便調(diào)用了幾乎所有的天文望遠(yuǎn)鏡，人們都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它有向外噴射氣體和塵埃的跡象，從而推測(cè)奧陌陌是一顆小行星而非彗星。此外，由于奧陌陌的形狀和非引力加速度的謎團(tuán)之前未解開(kāi)，其起源和成為星際天體的過(guò)程令天文學(xué)家們十分困惑，甚至有科學(xué)家猜測(cè)奧陌陌與外星生物存在有所關(guān)聯(lián)。

藝術(shù)家描繪的奧陌陌潮汐撕裂形成過(guò)程(來(lái)源：北京天文館/喻京川)?！?guó)家天文臺(tái) 供圖

研究論文第一作者和通訊作者張韻介紹說(shuō)，奧陌陌的光譜性質(zhì)顯示它在原來(lái)的行星系統(tǒng)中曾經(jīng)受到恒星的強(qiáng)烈熱輻射，這個(gè)特征可以通過(guò)近距飛越恒星產(chǎn)生，而如此近距離的接觸可能使得奧陌陌的母體被恒星的潮汐作用撕裂，并將奧陌陌甩出原系統(tǒng)，“正是這一個(gè)最平凡的性質(zhì)啟發(fā)了我們著手研究潮汐撕裂星際天體形成理論”。

通過(guò)使用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)天體近距飛越恒星過(guò)程中的結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)演化展開(kāi)高分辨率的數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)恒星的潮汐力會(huì)將天體撕碎成許多的細(xì)長(zhǎng)型碎片，同時(shí)潮汐作用可使部分碎片的速度增大至超過(guò)恒星的逃逸速度，使它們成為星際天體。這些碎片具有翻滾旋轉(zhuǎn)的特征，長(zhǎng)短軸的比例大多數(shù)高于5:1，有些甚至能夠高于10:1。在潮汐撕碎過(guò)程中，這些碎片的表面因恒星熾熱灼烤而融化。當(dāng)遠(yuǎn)離恒星時(shí)，融化的表面重新凝結(jié)使得碎片的整體結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的粘結(jié)力，從而可以維持所形成的細(xì)長(zhǎng)形狀的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。恒星的熱輻射同時(shí)也會(huì)加熱這些碎片內(nèi)部，使得它們體內(nèi)的可揮發(fā)性氣體(如一氧化碳等)大量消耗殆盡。因此，它們的光譜性質(zhì)具有小行星的特征并失去了明顯的彗星活動(dòng)表現(xiàn)。同時(shí)，熱力學(xué)分析顯示，一些升華溫度較高的可揮發(fā)性物質(zhì)(如水冰等)能夠在地下數(shù)十厘米處保存完好。在奧陌陌的太陽(yáng)系短途旅行中，這些剩余的水冰可被太陽(yáng)的熱輻射激活噴發(fā)，提供了所觀(guān)測(cè)到的非引力加速度。由于潮汐力的強(qiáng)度隨著恒星密度的增大而增強(qiáng)，這種潮汐撕裂現(xiàn)象能夠發(fā)生在密度較大的矮恒星附近。而對(duì)于太陽(yáng)而言，其密度相對(duì)較低，不足以產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象，因此太陽(yáng)系內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似奧陌陌的小天體。

張韻指出，類(lèi)似奧陌陌的星際天體穿越太陽(yáng)系不應(yīng)該是一個(gè)偶然事件，從概率上估計(jì)，每個(gè)太陽(yáng)系周?chē)暮阈窍到y(tǒng)平均至少可以產(chǎn)生百萬(wàn)億數(shù)量級(jí)的類(lèi)似星際天體，才能夠解釋奧陌陌闖入太陽(yáng)系事件的發(fā)生概率。通過(guò)分析可能的母體來(lái)源及數(shù)量分布，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)從數(shù)千米直徑的彗星到地球大小的行星均有可能是類(lèi)奧陌陌星際天體在被潮汐撕碎甩出前的母體，所產(chǎn)生的星際天體數(shù)量恰好可以解釋奧陌陌的出現(xiàn)概率。

隨著中國(guó)和國(guó)際上各個(gè)巡天望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)和投入使用，未來(lái)將會(huì)在太陽(yáng)系內(nèi)發(fā)現(xiàn)更多的星際天體，屆時(shí)，天文學(xué)家將會(huì)更深入了解這些天體的性質(zhì)，對(duì)星際天體的數(shù)量有著更精確的評(píng)估。奧陌陌國(guó)際空間科學(xué)研究所共同負(fù)責(zé)人馬修·奈特評(píng)價(jià)道：“在奧陌陌之后，我們不得不徹底改變我們對(duì)于星際天體的認(rèn)知。這項(xiàng)研究提出的星際天體形成機(jī)制出色地解釋了關(guān)于奧陌陌的所有謎團(tuán)，我們期待在未來(lái)幾年內(nèi)會(huì)發(fā)現(xiàn)新的星際天體，看看它們是否具有類(lèi)似奧陌陌的性質(zhì)將是非常有趣的。如果是這樣，則可能表明這個(gè)機(jī)制描述的過(guò)程是普遍的”。

耶魯大學(xué)天文系教授格雷戈里·拉夫林表示，這項(xiàng)研究非常巧妙地運(yùn)用行星系統(tǒng)演化過(guò)程的普遍現(xiàn)象解釋了奧陌陌所有的特征，顯示了星際間物質(zhì)擴(kuò)散的高效性，為人類(lèi)理解行星系統(tǒng)的形成和演化提供了關(guān)鍵線(xiàn)索。由于這些星際天體在被甩出前反復(fù)經(jīng)過(guò)原行星系統(tǒng)的宜居帶，組成生命的有機(jī)物質(zhì)可能通過(guò)這些天體在星際間傳播，為人類(lèi)探索生命起源的奧秘提供了新的思路。(完)

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