外星来客三顾地球，如今何在？

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翻译：姜力萌

校对：刘峰

美编：关关

后台：朱宸宇

https://www.universetoday.com/articles/where-are-the-interstellar-objects-1ioumuamua-2iborisov-and-3iatlas-headed-now

图1:3I/ATLAS

过去十年间，天文学家目睹了三颗外星访客（学名星际天体ISO，InterStellar Objects）穿过太阳系。其中包括2017年的神秘天体“奥陌陌”（'Oumuamua）、2019年的星际彗星2I/Borisov，以及2025年7月的3I/ATLAS。这颗最新发现的ISO似乎也是一颗彗星，因为根据最近的观测，它在接近太阳时正在积极释放水蒸气。这些天体的发现（它们此前仅被理论预测但从未被观测到）引发了人们对ISO起源、动力学以及它们在离开太阳系后可能去向的兴趣。

图2：奥陌陌

图3：2I/Borisov。图源：NASA

由于小行星和彗星本质上是行星形成过程中留下的物质残余，研究星际天体ISO可能揭示其他恒星系统中的环境条件，而又无需派遣星际探测器。在最近的一篇论文中，Shokhruz Kakharov 和 Abraham Loeb 教授计算了所有这三颗外星来客的轨道，以确定它们的来源和年龄。他们的研究结果表明，这些 ISO 起源于银河系盘的不同区域，年龄范围从一亿年到数十亿年不等。

Kakharov是哈佛大学天文学系的研究生，其研究领域包括星际天体、旅行者号等航天器的轨道、直接成像以及银河外暗物质的流量。Loeb教授是哈佛大学科学系的教授，同时担任哈佛-史密森天体物理中心（CfA）理论与计算研究所（ITC）的主任。详细描述他们研究成果的论文已在线发布，并正在《天文学与天体物理学》接受审稿。

图4：艺术家对蜻蜓项目（Project Dragonfly）里出现的星际飞船的艺术想象图。这是首个评估激光推进式星际探测器可行性的概念设计研究，由星际研究倡议组织（i4is）发起。图源：i4is

“奥陌陌”的发现引发了天文学领域的革命，证实了ISO的存在，并激发了人们对其进行更深入研究的努力。正如Kakharov通过电子邮件向《宇宙今日》透露的，这一发现还彻底改变了我们对银河系动力学和行星系统形成机制的理解：“在2017年发现奥陌陌之前，我们没有直接证据表明来自其他恒星系统的天体能够进入我们的太阳系。这些来访者为我们提供了来自遥远行星系统的独特物质样本，揭示了通过遥感观测 alone 无法获得的系外行星物质的化学组成和物理特性。它们还作为天然探测器，揭示了星际介质和银河动力学，揭示了数亿年来塑造恒星群的引力相互作用。”

由于小行星和彗星本质上是行星系统形成过程中留下的物质残余，对ISO的研究也使得无需进行星际任务即可研究其他恒星系统成为可能。目前，向邻近恒星系统发送航天器的唯一可行方法是使用克级薄片航天器和光帆，这些航天器通过直接能量阵列加速至光速的一小部分。例如，突破计划的“星际射手”项目，以及星际研究学会（i4is）的“群聚半人马座阿尔法星”概念。

尽管这些任务概念可以让航天器在人类有生之年抵达最近的恒星（半人马座比邻星），但实施起来成本极高，且需要数十年时间才能了解邻近恒星系统的环境状况。然而，正如奥陌陌、2I/Borisov和3I/ATLAS所展示的那样，ISO天体会定期穿过我们的太阳系，每个天体都提供了独特的研究机会。确定每个ISO的起源是理解银河系中恒星群落多样性和动态的第一步。Kakharov表示：“了解ISO天体的起源，有助于更深入地理解其物理和化学性质。例如，知道3I/ATLAS可能起源于一个古老的恒星群体，这表明它可能经历了与年轻天体不同的演化过程。这些信息有助于我们理解行星系统结构的多样性，以及天体被抛射到星际空间的条件。此外，追溯其起源有助于识别潜在的来源区域和抛射机制，无论是通过引力散射、恒星演化还是其他动力学过程。”

为了实现他们的研究目的，Kakharov和Loeb教授使用了GalPot银河系势能模型进行了一系列蒙特卡洛数值模拟。该软件包专为计算银河系的引力势能而设计。研究组的模拟如下：“对于每个ISO，我们通过采样其速度观测不确定性和相对于本地静止系的太阳运动系统不确定性，生成了10,000条不同的可能轨道。我们将每条轨道在银河系引力势场中积分10亿年，以确定其相对于银河平面最大垂直偏移量。这种统计方法提供了轨道参数的可靠估计，并考虑了长期轨道预测中固有的显著不确定性。”

通过这一方法，研究人员能够对这三个星际天体的轨道进行数值积分，追溯其运动轨迹，并将其与潜在的恒星群体建立关联。“我们的分析表明，这三个星际物体（ISOs）源自不同年龄和银河系位置的独立恒星群体，”卡哈罗夫说。他们的研究结果显示，3I/ATLAS是三者中最古老的，中位年龄为46亿年，源自银河系的厚盘。这一区域比银河系的薄盘（太阳所在的位置）更厚，且主要由年龄较老、金属含量较低的恒星组成。

奥陌陌相对较年轻，约为 10 亿年，起源于仍在形成新恒星的薄盘。2I/Borisov 的年龄介于两者之间，约为 17 亿年，同样起源于薄盘。Kakharov表示： “这种多样性表明，ISO 物体是从银河系历史上的行星系统中被抛出的，而不仅仅是来自年轻的、最近形成的系统。” 这些结果也为未来提供了预览，得益于未来几年将投入使用的新的观测设施。“维拉·C·鲁宾天文台的时间与空间巡天（LSST）将大幅提升ISO的探测率，每年有望发现数十个新的星际物体。未来任务如欧洲空间局的彗星拦截器（Comet Interceptor）可能有助于进行ISO的原位分析。这些设施将使我们能够对ISO群体进行统计研究，从而理解其在不同恒星环境中的频率、分布和多样性。”

责任编辑：DAIKIN

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