科學家首度目擊來自太陽系外的不速之客！
什麼？太陽系遭到外星人闖空門了嗎？請保持冷靜，讓我們娓娓道來。
要介紹這位不速之客，就從它的名字談起好了。我國法律規定，每個人只有三次改名機會，而成年之前只能改一次。而天上的星體可沒有這個限制了，但是一般根本不會隨便改名。這個奇怪的天體，在發現後一個月內，就換了三次名字。
改名的事情，我們就先賣個關子，現在先告訴你它的綽號。泛星計畫（Pan-STARRS）幫它取了一個很可愛的綽號：‘Oumuamua。這個字來自夏威夷語，意思是「第一個來自遠方的信使」。中文翻譯有趣了，中國大陸翻譯為「奧陌陌」，而臺灣天文同好想到了臺語的諧音，就把它暱稱為「黑麻麻」[1]。在這篇文章中，我們就姑且稱它為「黑麻麻」吧！
泛星計畫：難道不是彗星嗎？
「黑麻麻」的發現是在 2017 年 10 月 19 日，夏威夷大學的天文學家羅伯特．韋雷克（Robert Weryk）利用泛星計畫的 1.8 米望遠鏡，搜尋近地小天體，而發現這個快速移動的詭異天體。起初根據軌道型態，這個天體被歸類為彗星，名稱訂作 C/2017 U1（C字號代表長週期彗星）──這是「黑麻麻」的第一個名字。
很快地，科學家發現它並不是彗星。10 月 22 日，加法夏望遠鏡（Canada–France–Hawaii telescope; CFHT）的觀測發現，這個小天體的特徵，與彗星非常不同。它比較像是一個小行星。
彗星與小行星有什麼不同？主要的差異是它們的組成物質，彗星是冰和塵埃構成，小行星則是岩石構成。彗星靠近太陽的時候，身上的冰會揮發，塵埃也會跟著散至周圍，使我們可以看到一團光暈，稱為「彗髮」。
彗髮是觀測上用來認定彗星活動的重要線索。當帶有揮發性水、冰成分的天體向著太陽靠近時，太陽輻射能量的強度將隨著距離減少而逐漸上升，在不同的太陽距離下會驅動特定化學分子的揮發，而使他們顯現出彗髮、彗尾結構，這個開與關的邊界距離我們稱之為雪線（snowline）。比較常被討論到的雪線有 12 天文單位的一氧化碳、二氧化碳，以及 5 天文單位的水 。[2]
加法夏望遠鏡的觀測，以及甚大望遠鏡（Very Large Telescope; VLT）和南雙子望遠鏡（Gemini South Telescope）後續幾天的觀測，都一再顯示，C/2017 U1 並沒有沒有彗髮。也就是說，它根本不是彗星！世界時 10 月 25 日凌晨才剛登記為 C 開頭的名稱，當天晚上立刻改掉，改稱為 A/2017 U1 [3]，A字號代表小行星。
它不是歸人，是個過客──首度探測到的星際天體
彗星改認定為小行星，還不足以讓「黑麻麻」有舉足輕重的意義。真正精采的是，它竟然來自太陽系外，是闖入太陽系的不速之客！
過去人們從來沒有看過任何一個「亂入」太陽系的星際天體，不過科學家早已預言，我們有一天會看到。著名的行星科學家艾倫．斯特恩（Alan Stern）在1997年曾說過：「我們知道星際彗星存在，只不過天文學家還沒看過任何一個。」當時他也說明，將來科學家能夠找到星際彗星[4]。
為什麼科學家老早就料到，會有「黑麻麻」這樣的天體闖入太陽系呢？
事情是這樣的。太陽系行星形成的過程中，有很多微行星遺留下來，成為彗星、小行星這樣的小天體。但也有許多微行星沒有在太陽系內生存下來──它們走到木星這樣的巨大行星旁邊，就像是小蝦米遇到大鯨魚，被木星的重力甩一巴掌，甩飛到太陽系外。別人的太陽系也會有同樣的事情發生，有些微行星被巨大的行星甩出來。這些被別人甩出來的東西，流浪在星際間，有可能某天就流浪來到我們家門口了。
「黑麻麻」發現之後，研究人員經過初步的分析，就懷疑它是來自太陽系外的天體。10 月 22 日，結合了加法夏望遠鏡的觀測結果，才終於證實「黑麻麻」的軌道是雙曲線，而不是封閉的橢圓。也就是說，「黑麻麻」的軌道並無被太陽的重力束縛，它根本不是繞著太陽公轉的天體！
許多望遠鏡搶在「黑麻麻」離去之前觀測，於是科學家能夠精密地重建出「黑麻麻」的運行軌道。原來，這個小天體在 2017 年 9 月 2 日從太陽系盤面上方穿入水星軌道內，9 月 9 日最接近太陽，10 月 14 日行經地球軌道下方。太陽系的天體大都分布在接近同一盤面上，外來的闖入者軌道才如此怪異，這下又形跡敗露了！
「黑麻麻」的軌道速度實在太快，以秒速 26 公里的相對速度進入太陽系，太陽的重力根本不足以減慢它到能夠捕捉在太陽系內運轉。顯然，這位神秘嘉賓無意留宿在太陽系中，因緣際會來了一趟，與我們萍水相逢罷了。它不甘做太陽的奴僕，一生只接近太陽這一次，未來將與我們漸行漸遠。
也許它正吟誦著這首詩呢：「我達達的馬蹄是美麗的錯誤，我不是歸人，是個過客……」。
- 「黑麻麻」（1I/2017 U1）的運行軌道。
11月6日，國際天文聯合會（IAU）為「黑麻麻」正名，在接到申請後不到24小時，就同意為它專設一個新的天體分類── I，代表星際天體（interstellar object）[5]。於是，「黑麻麻」再度改名，成為 1I/2017 U1，開頭的 1 就表示它是此分類的第一號了。‘Oumuamua這個稱號也被正式認可，可寫為 1I/2017 U1 (‘Oumuamua)。
奇形怪狀的不速之客，是外星人派來的間諜？
「黑麻麻」不僅行蹤詭異，它的長相也非常怪異。
科學家根據甚大望遠鏡、南雙子望遠鏡觀測到的光度變化曲線，了解「黑麻麻」的特徵。若小行星不停在自轉，有時某一面對著我們，有時則是另一面對著我們，如果整體表面材質夠均勻，比較大面積的那個面對準我們的時候，看起來就會比較亮。
研究發現，「黑麻麻」大約 7 至 8 小時自轉一圈。出乎意料的是，它的光度變化，高點和低點竟然落差 10 倍！這表示大的面和小的面，面積可能有高達10倍之差異。也就是說，「黑麻麻」的形狀就像是一根長棍，長寬比可能高達 10：1，或者至少5：1 或 6：1。各項研究推測數據不一，但大約是長幾百公尺，寬、高各幾十公尺。
在太陽系裡，人們幾乎沒見過「黑麻麻」這樣奇形怪狀的天體。事實上，這種奇怪的形狀，本身的力學結構很難維持。你可以設想，一根棍子容易斷成兩截，但是一顆球不太容易，但「黑麻麻」怎麼會是以棍狀的模樣遊走到我們的太陽系中呢？
為什麼第一個看到的星際天體，就長得這麼怪呢？開始有陰謀論出現了，有人懷疑，搞不好是外星人派來的探測器！不過，專門搜尋外星訊號的突破聆聽計畫（Breakthrough Listen），12 月 13 日利用美國維吉尼亞州的綠堤望遠鏡（Green Bank Telescope），來偵測「黑麻麻」是否有出自科技裝置發出的電波訊號。結果如何呢？沒有鬧上新聞頭條，你大概也猜得到，結果是沒有任何可疑訊號。
雖然不是外星人派來的間諜，但我們還是很想知道，「黑麻麻」到底是從哪裡來的。根據軌道的方向，它可能是從織女星的方向來的。不過，以每秒 26 公里的速度推算，它仍然要走 30 萬年才能從織女星來到太陽系──而三十萬年前，織女星根本不在現在的那個位置。所以，來自織女星也不合理。
有趣的是，「黑麻麻」每秒 26 公里的移動速度，很接近太陽相對於銀河系周圍物質的移動速度。這又是一個證據，「黑麻麻」是星際中的天體。不過，它的速度並不與太陽系附近任何一個已知的恆星系統一致。至今「黑麻麻」已經漸行漸遠，科學家仍無法確認它從哪裡來。
「黑麻麻」走了，留下更多關於太陽系外的疑問
而經過科學家持續的研究之後，情況又更複雜了：2017 年 12 月艾倫．費茲蒙（Alan Fitzsimmons）等人在《自然天文》（Nature Astronomy）期刊發表的論文指出，不排除「黑麻麻」是星際彗星的可能性。他們說明，有些彗星在長期暴露於宇宙射線之後，可以發展出一個「保護層」。彗星的冰，只要在保護層下藏得夠深，就不會揮發出氣體、散出塵埃的活動跡象。
不過，這只能說是有此一說了，目前大多數學者仍傾向於認為「黑麻麻」是個星際小行星。
第一個目擊到的訪客是星際小行星，而非星際彗星，其實出乎科學家原先的意料。目前所知太陽系外層「歐特雲」的小天體，多半是彗星，而彗星與小行星的比例估計是 200:1 到 10000:1。逃脫到太陽系外的小天體，來源理論上要與歐特雲類似，以彗星為主。別人的太陽系，假如構造與我們的太陽系相似，則逃出來的星際天體，也該是以彗星為主。
沒想到，第一次就來了一個星際小行星。「黑麻麻」的到來，留下了疑問：別人的太陽系，究竟跟我們的太陽系有無不同呢？
夏威夷語的 ‘Oumuamua，意思第一個遠方來的信使。把它稱作第一個，言下之意就是期待找到第二個、第三個了。「黑麻麻」這位長相怪異的星際訪客，已經讓人類見識到宇宙比想像中更有趣，而現在它已經逃之夭夭，我們就放眼未來吧！
好消息是大型綜合巡天望遠鏡（Large Synoptic Survey Telescope; LSST）預計在 2019 年完工，這套直徑八米等級的巡天望遠鏡，讓我們有機會搜尋到更多更小更暗的星際天體。若能觀測到更多星際天體，人們將掌握更多來自別人的太陽系的訊息。這就像尋獲漂流到我們家門口的神秘訊息，或許能揭開它的來源地的神祕面紗。
我們從來不可能只活在象牙塔裡。地球並不孤立在太陽系中，常有意外的訪客，幻化為美麗的流星。也有過門不入的危險分子，科學家把它們登記在近地小行星的名單上。現在我們知道，太陽系也不是孤立在銀河系中，也有意外的訪客，從我們身邊飛掠而過。
我們不知道下一個不速之客什麼時候到來，也不知道它會給我們什麼意外的驚喜。面對外頭的世界，只能永遠保持警覺，也永遠保持開闊的心胸。
- 本文特別感謝鄭宇棋博士審訂
附註
- [1] 陳英同，〈瓶中信──誰人寄來的小行星 1I/2017 U1 （’Oumuamua）〉，2017年11月8日刊登於網路天文館。
- [2] 此段落由鄭宇棋博士提供。
- [3] MPEC 2017-U183: A/2017 U1
- [3] Stern, Alan. “Seeking Rogue Comets.” Astronomy, February 1997, 46-51.
- [4] MPEC 2017-V17 : NEW DESIGNATION SCHEME FOR INTERSTELLAR OBJECTS
- MPEC 2017-V17 : NEW DESIGNATION SCHEME FOR INTERSTELLAR OBJECTS
參考資料
- Enriquez, E.; Siemion, A.; Lazio, J., et al. 2018, ArXiv e-prints, arXiv:1801.02814
- Fitzsimmons, A., Snodgrass, C., Rozitis, B., et al. 2017, ArXiv e-prints, arXiv:1712.06552
- Fraser, W. C., Pravec, P., Fitzsimmons, A., et al. 2017, arXiv:1711.11530
- Jewitt, D., Luu, J., Rajagopal, J., et al. 2017, ApJL, 850, L36
- Mamajek, E. 2017, RNAAS, 1, 21
- Meech, K. J., Weryk, R., Micheli, M., et al. 2017, Natur, 552, 378
- Ye, Q.-Z., Zhang, Q., Kelly, M. S. P., & Brown, P. G. 2017, ApJL, 851, L5
- Greicius, T. ”Small Asteroid or Comet ‘Visits’ from Beyond the Solar System.” NASA News Releases, October 27, 2017.
- ”The IAU approves new type of designation for interstellar objects.” IAU announcement 17045, 2017.
- “ESO Observations Show First Interstellar Asteroid is Like Nothing Seen Before.” ESO Press Releases, November 20, 2017.
- Talbert, T. “Interstellar Asteroid FAQs.“ NASA News Releases, November 21, 2017.
狐禪
