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翻譯：姜力萌

校對：劉峰

美編：關(guān)關(guān)

后臺：朱宸宇

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

圖1:3I/ATLAS

過去十年間，天文學(xué)家目睹了三顆外星訪客（學(xué)名星際天體ISO，InterStellar Objects）穿過太陽系。其中包括2017年的神秘天體“奧陌陌”（'Oumuamua）、2019年的星際彗星2I/Borisov，以及2025年7月的3I/ATLAS。這顆最新發(fā)現(xiàn)的ISO似乎也是一顆彗星，因?yàn)楦鶕?jù)最近的觀測，它在接近太陽時(shí)正在積極釋放水蒸氣。這些天體的發(fā)現(xiàn)（它們此前僅被理論預(yù)測但從未被觀測到）引發(fā)了人們對ISO起源、動力學(xué)以及它們在離開太陽系后可能去向的興趣。

圖2：奧陌陌

圖3：2I/Borisov。圖源：NASA

由于小行星和彗星本質(zhì)上是行星形成過程中留下的物質(zhì)殘余，研究星際天體ISO可能揭示其他恒星系統(tǒng)中的環(huán)境條件，而又無需派遣星際探測器。在最近的一篇論文中，Shokhruz Kakharov 和 Abraham Loeb 教授計(jì)算了所有這三顆外星來客的軌道，以確定它們的來源和年齡。他們的研究結(jié)果表明，這些 ISO 起源于銀河系盤的不同區(qū)域，年齡范圍從一億年到數(shù)十億年不等。

Kakharov是哈佛大學(xué)天文學(xué)系的研究生，其研究領(lǐng)域包括星際天體、旅行者號等航天器的軌道、直接成像以及銀河外暗物質(zhì)的流量。Loeb教授是哈佛大學(xué)科學(xué)系的教授，同時(shí)擔(dān)任哈佛-史密森天體物理中心（CfA）理論與計(jì)算研究所（ITC）的主任。詳細(xì)描述他們研究成果的論文已在線發(fā)布，并正在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》接受審稿。

圖4：藝術(shù)家對蜻蜓項(xiàng)目（Project Dragonfly）里出現(xiàn)的星際飛船的藝術(shù)想象圖。這是首個(gè)評估激光推進(jìn)式星際探測器可行性的概念設(shè)計(jì)研究，由星際研究倡議組織（i4is）發(fā)起。圖源：i4is

“奧陌陌”的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了天文學(xué)領(lǐng)域的革命，證實(shí)了ISO的存在，并激發(fā)了人們對其進(jìn)行更深入研究的努力。正如Kakharov通過電子郵件向《宇宙今日》透露的，這一發(fā)現(xiàn)還徹底改變了我們對銀河系動力學(xué)和行星系統(tǒng)形成機(jī)制的理解：“在2017年發(fā)現(xiàn)奧陌陌之前，我們沒有直接證據(jù)表明來自其他恒星系統(tǒng)的天體能夠進(jìn)入我們的太陽系。這些來訪者為我們提供了來自遙遠(yuǎn)行星系統(tǒng)的獨(dú)特物質(zhì)樣本，揭示了通過遙感觀測 alone 無法獲得的系外行星物質(zhì)的化學(xué)組成和物理特性。它們還作為天然探測器，揭示了星際介質(zhì)和銀河動力學(xué)，揭示了數(shù)億年來塑造恒星群的引力相互作用?！?/p>

由于小行星和彗星本質(zhì)上是行星系統(tǒng)形成過程中留下的物質(zhì)殘余，對ISO的研究也使得無需進(jìn)行星際任務(wù)即可研究其他恒星系統(tǒng)成為可能。目前，向鄰近恒星系統(tǒng)發(fā)送航天器的唯一可行方法是使用克級薄片航天器和光帆，這些航天器通過直接能量陣列加速至光速的一小部分。例如，突破計(jì)劃的“星際射手”項(xiàng)目，以及星際研究學(xué)會（i4is）的“群聚半人馬座阿爾法星”概念。

盡管這些任務(wù)概念可以讓航天器在人類有生之年抵達(dá)最近的恒星（半人馬座比鄰星），但實(shí)施起來成本極高，且需要數(shù)十年時(shí)間才能了解鄰近恒星系統(tǒng)的環(huán)境狀況。然而，正如奧陌陌、2I/Borisov和3I/ATLAS所展示的那樣，ISO天體會定期穿過我們的太陽系，每個(gè)天體都提供了獨(dú)特的研究機(jī)會。確定每個(gè)ISO的起源是理解銀河系中恒星群落多樣性和動態(tài)的第一步。Kakharov表示：“了解ISO天體的起源，有助于更深入地理解其物理和化學(xué)性質(zhì)。例如，知道3I/ATLAS可能起源于一個(gè)古老的恒星群體，這表明它可能經(jīng)歷了與年輕天體不同的演化過程。這些信息有助于我們理解行星系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多樣性，以及天體被拋射到星際空間的條件。此外，追溯其起源有助于識別潛在的來源區(qū)域和拋射機(jī)制，無論是通過引力散射、恒星演化還是其他動力學(xué)過程?！?/p>

為了實(shí)現(xiàn)他們的研究目的，Kakharov和Loeb教授使用了GalPot銀河系勢能模型進(jìn)行了一系列蒙特卡洛數(shù)值模擬。該軟件包專為計(jì)算銀河系的引力勢能而設(shè)計(jì)。研究組的模擬如下：“對于每個(gè)ISO，我們通過采樣其速度觀測不確定性和相對于本地靜止系的太陽運(yùn)動系統(tǒng)不確定性，生成了10,000條不同的可能軌道。我們將每條軌道在銀河系引力勢場中積分10億年，以確定其相對于銀河平面最大垂直偏移量。這種統(tǒng)計(jì)方法提供了軌道參數(shù)的可靠估計(jì)，并考慮了長期軌道預(yù)測中固有的顯著不確定性?！?/p>

通過這一方法，研究人員能夠?qū)@三個(gè)星際天體的軌道進(jìn)行數(shù)值積分，追溯其運(yùn)動軌跡，并將其與潛在的恒星群體建立關(guān)聯(lián)?！拔覀兊姆治霰砻?，這三個(gè)星際物體（ISOs）源自不同年齡和銀河系位置的獨(dú)立恒星群體，”卡哈羅夫說。他們的研究結(jié)果顯示，3I/ATLAS是三者中最古老的，中位年齡為46億年，源自銀河系的厚盤。這一區(qū)域比銀河系的薄盤（太陽所在的位置）更厚，且主要由年齡較老、金屬含量較低的恒星組成。

奧陌陌相對較年輕，約為 10 億年，起源于仍在形成新恒星的薄盤。2I/Borisov 的年齡介于兩者之間，約為 17 億年，同樣起源于薄盤。Kakharov表示： “這種多樣性表明，ISO 物體是從銀河系歷史上的行星系統(tǒng)中被拋出的，而不僅僅是來自年輕的、最近形成的系統(tǒng)?！?這些結(jié)果也為未來提供了預(yù)覽，得益于未來幾年將投入使用的新的觀測設(shè)施?！熬S拉·C·魯賓天文臺的時(shí)間與空間巡天（LSST）將大幅提升ISO的探測率，每年有望發(fā)現(xiàn)數(shù)十個(gè)新的星際物體。未來任務(wù)如歐洲空間局的彗星攔截器（Comet Interceptor）可能有助于進(jìn)行ISO的原位分析。這些設(shè)施將使我們能夠?qū)SO群體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，從而理解其在不同恒星環(huán)境中的頻率、分布和多樣性?！?/p>

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