2017 年 10 月 17 日和 18 日，一个不同寻常的天体划过夏威夷茂宜岛一座火山峰顶一座大型望远镜的视野。Pan-STARRS1 望远镜旨在监测天空中的瞬时事件，例如小行星或彗星的飞掠。但这次不同寻常：这个天体并不受太阳或任何其他天体的引力束缚。它来自别处。
这个神秘的天体是第一个被观测到的来自外太空、穿越太阳系的访客。天文学家将其命名为 1I/‘Oumuamua，借用了夏威夷语中大致意为“远方信使，先行者”的词。两年后，也就是 2019 年 8 月，业余天文学家 Gennadiy Borisov 使用他在克里米亚 Nauchnij 的 MARGO 天文台自制望远镜，发现了另一个已知的星际天体，现命名为 2I/Borisov。
虽然太阳系中典型的小行星和彗星会围绕太阳运行，但‘Oumuamua 和 Borisov 却是宇宙游民，大部分时间都在星际空间游荡。此类星际天体的存在一直被推测，但科学家们认为它们应该很罕见。“我从没想过我们会看到一个，”德国于利希超级计算中心的天体物理学家 Susanne Pfalzner 说。至少在她有生之年不会。
有了这两项发现，科学家们现在怀疑星际天体可能比预期的要普遍得多。UCLA 的行星科学家 David Jewitt 表示，仅在海王星轨道内，目前就可能存在约 10,000 个‘Oumuamua 大小的星际天体。他是 2023 年《天文学与天体物理学年鉴》上关于星际天体当前理解的概述的合著者。
研究人员正忙于回答有关这些外来天体的一些基本问题，包括它们的起源以及它们如何最终在星系中游荡。这些天体还可以为探测遥远的行星系统的特征提供新的途径。
但首先，天文学家需要找到更多这样的天体。
“我们目前还有些落后，”Jewitt 说。“但我们预计会看到更多。”
在 2019 年 11 月拍摄的哈勃太空望远镜图像中，2I/Borisov 在一个遥远的旋涡星系（左）前呈现为一个模糊的蓝点，当时该天体距离地球约 2 亿英里。图片来源：NASA, ESA, AND D. JEWITT (UCLA)
外来起源
至少自 18 世纪初以来，天文学家就考虑过星际天体的存在。最近，计算机模型表明，很久以前，由于与巨行星的引力相互作用，太阳系曾将自己的一部分小型天体送入了星际空间的虚无之中。
科学家们曾预计大部分星际天体都是由冰物质组成的系外彗星。Borisov 符合这一特征：它有一个由气体和尘埃组成的彗尾，这些是由在近距离掠过太阳时蒸发的冰形成的。这表明它起源于行星系统的外围区域，那里的温度足够低，足以让一氧化碳等气体冻结成岩石。在某个时候，有什么东西将大约一公里宽的 Borisov 从其系统中抛了出去。
一种可能的罪魁祸首是恒星的近距离飞掠。根据 Pfalzner 领导的一项近期研究，一颗经过的恒星的引力可以将其系统外围的较小天体（称为星子）弹出。如果一颗小行星或彗星离巨行星足够近，导致行星的引力拉扯能够加速小天体，使其摆脱恒星的束缚，巨行星也可能将该天体从行星系统的外围弹出。当行星在其行星系统中迁移时，也可能发生近距离接触，正如人们认为海王星在早期太阳系中所做的那样。
星际天体 2I/Borisov（大黑点）在经过太阳前三个月被发现，这使得天文学家能够拍摄该天体一年左右的图像。Borisov 的路径使其距离地球（大蓝点）1.8 亿英里。Borisov 和地球的相对位置显示了三个不同时间点的情况。
另一方面，‘Oumuamua 并非科学家所期望的样子。观测表明它相当细长——可能长 240 米，宽仅 40 米。与 Borisov 不同，它没有显示出任何气体或尘埃活动，这增加了它起源于更靠近其恒星的可能性，那里的温度太高，冰无法形成。如果是这样，恒星的飞掠或巨行星可能无法将该天体从其系统中拉出。相反，它可能是在其恒星死亡的阵痛过程中被弹出的：垂死恒星发出的气体脉冲可以将行星和星子向外推，使其轨道变得不稳定，足以将一些天体送入星际空间。
然而，‘Oumuamua 也有可能形成于其系统寒冷的外围，并在接近太阳时发展出望远镜未探测到的气体尾巴。一个线索是，该天体加速的速度超过了仅靠太阳系引力所能预期的速度。一项近期研究表明，这种加速可能来自望远镜未探测到的少量氢气释出。根据另一项研究，我们太阳系中的一些小行星可能从水蒸气释出中获得了类似的加速。詹姆斯·韦伯太空望远镜以及日本宇宙航空研究开发机构隼鸟 2 号延伸任务（将于 2031 年与其中一颗被称为“暗彗星”的太阳系小行星会合）的未来观测，可能会探测到低水平的释气。
康奈尔大学的行星科学家 Darryl Seligman 是与 Jewitt 合著者关于星际天体的评论文章的作者，他说：“我们得等等看，但它们可能是‘Oumuamua 的类似物。”
搜寻游民
更多天体的数据，以及更多星际天体的发现，可能有助于解决其中一些问题。为了收集这些数据，科学家们需要提高它们在穿越太阳系时被探测到的几率。“如果 Pan-STARRS1 没有在那晚在那个地方进行观测，‘Oumuamua 很可能永远不会被发现，”天文学家 Robert Weryk 说，他曾任职于夏威夷大学，并在望远镜数据中发现了这个星际天体。
即将进行的维拉·鲁宾天文台的空间与时间遗产巡天预计将增加天文学家找到这些快速移动天体的机会：从 2025 年开始，该天文台的望远镜将每隔几天对整个可见的南部天空进行成像，其主镜的直径比 Pan-STARRS1 大近七米，使其能够看到更暗淡、更远的天体。一旦探测到星际天体，地面和空间望远镜将对其进行成像，以尝试确定其成分。如果发现了一个可触及的目标，欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构的彗星拦截器（计划于 2029 年发射）可能会被重新定向，以便近距离拍摄这个访客。
位于智利北部的维拉·鲁宾天文台将承载为期十年的空间与时间遗产巡天，该巡天定于 2025 年开始。天文台的 8.4 米 Simonyi 巡天望远镜将以覆盖整个可见天空的速度进行成像，每隔几天就完成一次，这有望探测到更多的星际天体。图片来源：RUBINOBS / NSF / AURA / H. STOCKEBRAND
最终，天文学家希望建立一个与系外行星目录类似的星际天体目录，自 1992 年首次发现以来，该目录已增长到超过 5,500 条记录。未来的目录可以帮助研究人员回答一个长期存在的问题：地球和太阳系有多典型。大量星际天体的成分可以提供有关系外行星系统（包括可能支持生命的系统）中天体构成线索。
康涅狄格州卫斯理大学的天文学家 Meredith Hughes 说：“星子是系外行星的构件。”这意味着它们“可以提供关于环境多样性的信息，包括可能宜居的环境。”
现在，‘Oumuamua 已经越过了海王星的轨道，彗星 Borisov 也几乎达到了同样远的距离。它们将继续它们返回星际空间的旅程，在那里，没有人知道接下来会发生什么。也许它们将在宇宙的浩瀚虚空中永恒地游荡，也许它们会被一颗恒星捕获。或者，它们可能会在一个不断演化的气体和尘埃盘中坍缩，在一个新的行星系统中重新开始它们的旅程。
天文学家估计，银河系中的星际天体可能比可观测宇宙中的恒星还要多。发现更多这样的天体将为我们探索宇宙奥秘提供一种新的方式。
Pfalzner 说：“真正酷的是，星际天体是来到我们这里的。”
10.1146/knowable-020124-2
Theo Nicitopoulos 是一位报道地球和空间科学新闻的自由撰稿人。
这篇文章最初发表在 Knowable Magazine 上，这是一个来自 Annual Reviews 的独立新闻项目。
