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香港輕新聞特約編輯,軍武 / 科普愛好者
科學家對於星際彗星2I/Borisov的想像圖。相對於奧陌陌這種可能只是另一個恆星系中給撞出來的小行星碎片,2I/Borisov和今次發現的3I/ATLAS更可能是不知名恆星系發育早期就形成的彗星。Credit: NRAO/AUI/NSF,S. Dagnello
7月初天文學家發現3I/ATLAS彗星,並指出這應是第三個被證實穿越太陽系的星際天體,其偏心率達到6以上,且是已發現距離太陽1天文單位外最快的天體,平均軌道速度達到每秒68公里/秒的(通常只有近日點相當接近太陽的彗星,在「衝日」最後階段時才會有高於68公里/秒的速度)。預計該天體將於今年10 月 29 日達到近日點(火星軌道內側)並開始遠離。這個彗星雖然仍未知確實大小,但其與地球最小距離仍會達0.37天文單位以上,故並不會有撞上地球的風險。
3I/ATLAS速度相當快,智利VLT甚大望遠鏡幾小時內就拍到明顯的位移。(圖片來自連結)
據SPACE.COM的報道,這天體具備相當高的軌道速度,甚至比很多恆星的自行速度還快,可能代表該彗星受銀河系引力影響加速的歷史超過30億年,甚至可能達110億年。所以對於銀河系早期歷史的研究而言,可能有相當大的價值,而且對相關星際天體資料的收集,也有助估計恆星系統形成時,有多少類似的彗星或輕質量天體被「驅離」行星系。
雖然人類過百年現代天文觀測就只發現三個星際天體,但這並不代表類似天體很罕見。事實上,歷來很多偏心率超過1的彗星,部分可能也是星際天體,例如個別軌道達到離譜的1光年以上(最大紀錄甚至有超過20光年)的長周期彗星,可能本來就是本身速度沒那麼高但誤入太陽系引力圈的星際天體,然後下次到遠日點附近又被其他靠近太陽系的天體「吸走」或加速逃離,過去其中一個較明確的候選天體是C/1980 E1彗星。
另外,人類大約是最近10-15年建立起初步的近地軌道預警監測機制(如ALTAS)或巡天項目(例如泛星計劃),才有可能找到近日點接近至土星軌道內或者極小極暗弱的星際天體(亮度可能低至20等左右),由頻率可看出其實機會相對不低,而且也更難保證有多少是無法有效發現的次公里級物體。
以最大限度反映PDS 70原行星盤形成中的行星及塵埃聚合的無線段影像。這些影像通常會由多個無線電頻道組成,以反映不同大小的塵落或不同行星盤物質。由圖中可見至少有三個行星形成中,而原有的微行星及塵埃不是已被吸積,就是被驅離並加入外側塵埃盤中。恆星形成時的恆星風,以及行星形成及運行,都有足夠力量把大量物質推離恆星系,(圖片來自連結)
這種星際天體來源也極具多樣性,例如某些恆星爆炸後脫離軌道的天體或其碎片、給黑洞或中子星加速的一些碎塊、某些恆星系統互相靠近時被引力加速踢走的小天體等;不過最多的來源如前所述,其實是恆星系統誕生早期的殘餘物:收縮的星雲/原恆星雲通常只有10-15%能被吸積成恆星和周圍的行星,其餘未及吸積的會被恆星「點火」後強烈的恆星風吹散,這些被吹散的部分早已成為直徑數十至近百米的微行星;
在不計算褐矮星及質量在其以上的其他特異天體情況下,星際天體中最大的應該算流浪行星,其形成主要是行星系形成初期被撞擊或其他大行星引力攝動情況下「加速逃離」的行星,而且數量有機會被現時銀河系中在軌行星的數量還多。這些行星甚至有很小的機會被驅離後再被其他恆星補獲,通常這類「曾經」的星際天體,軌道會呈現高度的拋物線。甚至有天文學家懷疑,預想中的X行星其實也是一種被補獲的星際行星。(圖片來自連結1及連結2)
此外原行星系形成後,若果形成行星數量太多,大碰撞後大量碎塊又有可能得到額外加速度而逃離原星系,若加上巨行星向內遷移軌道,那能驅散的就不只微行星或小行星,甚至連行星都可能因重力彈弓效應直接被驅離,成為流浪行星。這些無法繼續繞自己母恆星轉的東西,就只能繞銀河系公轉了,直到可能被另一個恆星吸引納入公轉軌道,或者撞到其表面而已……
現時人類在軌平均速度(相對太陽)最高的宇宙探測器,仍然是當年由宇宙神5型發射但重量只有500公斤的新視野號,其剛發射時相對太陽的速度也只是達到45公里/秒,且到達木星軌道時也已降至20公里/秒,現時更只以15公里/秒的相對速度繼續飛行。(網絡圖片)
能否近距探測這些天體?
就現時而言,這些星際天體在接近太陽系時都有些相近的特徵,例如可在不同方向上進入太陽系範圍,甚至不會在銀道面附近接近;二來這些天體普遍都非常小而暗淡,很多時都要接近地球或進入土星甚至木星軌道後才能觀測;更有甚者,這些東西通常都比太陽系的第三宇宙速度(太陽逃逸速度)高不少,甚至有三至四倍以上的速度。亦因為這樣,相對於太陽系內已知天體,我們要到較近距離發現它都有困難,而且速度高而來的方向有很大的隨機性,人類發射探測器的窗口期就非常小,以人類現時的宇航技術所需準備時間而言,幾乎肯定一開始就追不上。
要達到探測進入太陽系星際天體所需速度而不受重力彈弓所制約,大概只有用核熱火箭和大型核動力霍爾電推這種極高比衝的探測器才能辦到。現時這種航天器能夠實用化,最快也不會早於2030年代後期。(圖片來自NASA)
其次,由於星際天體在軌速度相當高,就算是當中較低的奧陌陌,人類的化學能火箭航天器也需要多次利用行星進行重力彈弓加速才能追上,而由於大行星需要在適當的位置才能讓航天器加速到想要的速度和方向,其實亦大幅削弱探測這種哪怕是速度較低的天體的能力;再加上這些天體的出現幾乎是隨機的,和黃道面的夾角可以相當大,引力彈弓「瞄準」這些天體的能力也相對更弱,所以其實也相當困難。
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