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中文媒体又开始传播的外星人物体Oumuamua,科学家两年前就已经解释了

中国媒体引用马来西亚星州日报的报道说,哈佛大学天文系系主任阿维·洛布1月26日即将出版新书《天外来客:地球之外智慧生命的首个迹象》,书中将重申他过去的研究,亦即2017年通过太阳系的雪茄状诡异星体,就是外星文明的产物。实际上,这个理论一直争议很大,很少有科学家认可这个说法。两年前,福布斯杂志已经发表了理论天体物理学家伊森·西格尔(Ethan Siegel)的文章,对洛布的看法进行了反驳。以下为全文,加美编译。

Artist's impression of ʻOumuamua, the first known interstellar object to pass through the Solar... [+] System.

每当科学发现一个新的、出乎意料的现象时,它就代表着一个巨大的机会,让我们对宇宙有了新的认识。2017年,第一个毫不含糊的星际物体“Oumuamua”飞过我们的太阳系,让全世界的天文学家感到高兴和惊奇。

因为它以陡峭的角度飞来,速度惊人,形状奇特,像雪茄一样。Oumuamua一定是在很远很久之前起源的,很可能来自遥远的恒星系统。

令人惊讶的是,当科学家们观察到它加速远离太阳时,它似乎加速离开,偏离了牛顿万有引力定律所决定的简单预测。是什么原因造成的呢?

根据哈佛大学科学家施穆尔·贝利(Schmuel Baily)和阿维·洛布(Avi Loeb)的一篇新论文,这可能是由于来自遥远的外星文明的外星人制造的光帆。虽然这个想法已经风靡全球, 但这是一个令人震惊的耸人听闻和动机不良的科学例子。

对于天文学家和天体物理学家来说,当任何巨大的物体飞过我们的太阳系时,引力定律应该永远是主导因素。太阳的引力具有迄今为止最大的影响,按照牛顿定律或爱因斯坦定律,将任何质量拉向它,这取决于你想得到多么精确的结果。

根据牛顿万有引力定律,唯一可能的轨道应该是圆、椭圆、抛物线或双曲线。

对于像Oumuamua这样的天体,其轨道必须是双曲线。一个在太阳系内、海王星或更远的地方开始的物体,也许最初的运动速度可以达到1公里/秒,而奥穆阿则是以超过20公里/秒的速度开始进入太阳系的。由于没有r任何气态巨行星的近距离通过,它一起起源于星际间。

然而,当它离开我们的太阳系时,它并没有遵循预测的双曲线路径。根据我们所能做的最好的轨道模型重建,它在靠近太阳的时候会加速,然后在远离太阳的时候会减速。但它并没有按照预测的速度慢下来,所以除了万有引力定律所预测的之外,似乎还有一种轻微的、额外的力在推动它远离太阳。

任何与我们所能做出的最简单的预测不符的物理现象,从科学的角度来看都是非常有趣的。这意味着还有一些其他因素在起作用:除了我们通常、本能地认为的因素之外,还有一些东西在起着重要的作用。

在星际小行星的例子中,许多物理解释会导致一个不同于我们天真预测的轨道,这是很有意义的。

暗物质可能存在,但那不太可能是原因,因为那会导致向太阳的加速。

挥发性物质可能被加热并从表面放出气体,但这也不太可能,因为它没有显示出彗星状尾巴的迹象。

这可能是由于天体本身受太阳加热不均匀,而这在过去一直是“异常加速”的罪魁祸首,比如先锋号卫星。

或者,正如作者所提出的那样,可能是由于太阳辐射压力,对天体本身产生推力,导致天体仅因引力而加速,速度超过预期。

An animation showing the path of the interstellar interloper now known as ʻOumuamua. The combination... [+] of speed, angle, trajectory, and physical properties all add up to the conclusion that this came from beyond our Solar System.
NASA / JPL – CALTECH

在这些潜在的解释中,第一种不好,第二种可能性不大,但无论是第三种还是第四种,都可以轻松解开谜团。

放气的解释最合理,因为太阳系内的小行星和彗星表面都充斥着挥发性化合物。挥发物,顾名思义,是一种固体的、冰状的化学物质,当母体离太阳太近时,它就会发热,转变为气态,并蒸发掉。

彗星会“长”出个尾巴(有时小行星也会),它们都会放出气体,来自太阳的额外推力会造成额外的加速度,超过引力本身的预测。

这种情况下唯一的问题是,我们对Oumuamua本身进行了非常详细的观测,完全没有这种出气行为的证据。这位星际旅行者看起来是圆润的,风化成光滑的、拉长的形状,就像它是在星际空间中经过数百万年的塑造。

不均匀的加热机制也非常有趣。Oumuamua是一个翻滚的天体,这也是我们当初发现它奇特的雪茄状形状的原因。当星际天体的一面朝向太阳时,它加热的温度会比远离太阳的一面热上几百度,从而导致巨大的温度梯度。

每一个物体都会按其温度比例辐射出能量,所以热的一面会比冷的一面辐射出更大的能量。翻滚的性质(而不是平稳的旋转)意味着辐射的不均匀发射,原则上,这可能导致异常的加速度。预测的加速度是否会与观测到的情况一致是一个候选解释,但还有待证实。

而最后一个“显而易见”的解释是,太阳除了加热物体外,还施加了自己的辐射压力。如果这个物体有足够大的表面积和足够小的质量来反射这种太阳辐射,那么太阳本身的压力就会导致这种异常的加速。

我们以前从未与星际天体有过近距离的接触,Oumuamua是我们第一次探测、成像和跟踪的天体。它现在已经远远超出了我们的望远镜能力,因为太小太远,无法进一步追踪。

换句话说,我们永远不知道它的质量是多少,我们也永远无法获得比已经记录的更好的测量结果。我们现在所能做的,基于我们所拥有的数据,就是推测并试图重建可能发生的事情。

The idea that there are alien civilizations out there, mining asteroids and comets and attaching... [+] enormous structures to them before sending them on an interstellar journey can capture our imaginations, but has as much scientific validity as vampires golfing on the Moon. (Education Images/UIG via Getty Images)

如果施穆尔·贝利和阿维·洛布的论文在那里结束了,这将是很好的科学。当然,如果他们真的这么做了,你可能也不知道这个事情了,因为他们不会诉诸最不可能的解释——外星人(注,意为不说外星人很多人也不会有兴趣)。

为什么在过去的几年里,你听到了这么多关于快速射电暴的消息?因为有人说是外星人啊。

为什么我们都知道那么多关于KIC 8462852有趣的亮度变化?因为有人说是外星人造的啊。

而现在,我们又有了一个外星人概念,星际干扰者Oumuamua,可能是一个外星探测器,上面有一个薄薄的反射光帆:一个类似于突破摄星项目的放大版(注,这是一个太空探索计划)。

想象一下这样的场景也许很有趣,外星人要对我们并不完全确定如何用目前的数据来解释的现象负责,也许在谈到他们的存在时,值得我们保持开放的心态。

但做科学的全部意义在于,根据我们实际掌握的证据,了解宇宙的实际情况。就目前而言,有很多候选的、自然的解释可以解释所有这些现象,而不需要引用新的物理学、异国情调或外星智慧的干预。

此外,该物体的光谱特征,它的颜色,反射率, 和其他属性与自然一致, 并没有什么智能的痕迹。施贝利和洛布给了我们非同寻常的、科幻小说级别的猜测,除了他们自己的猜测之外,几乎没有更多的东西来支持它。

The nominal trajectory of interstellar asteroid ʻOumuamua, as computed based on the observations of... [+] October 19, 2017 and thereafter. The observed trajectory deviated by an acceleration that corresponds to an extremely small ~5 microns-per-second^2 over what was predicted, but that's significant enough to demand an explanation.
设想中的Oumuamua”的名义轨迹

我们常说,非凡的说法需要非凡的证据,而在所有这些案例中,证据确实非常非常普通。值得我们保持开放的心态,去思考宇宙中存在着比我们目前所意识到的更多的可能性,但也不要任何事都直奔这些可能性。

当你跃跃欲试地去寻找那些奇妙的解释时,你很容易忘记最可能的解释,而这些解释往往只涉及到我们所知道的宇宙中,已经存在并被充分理解的自然现象。

在星际干扰者Oumuamua的情况下,我们应该首先关注自然解释,而不是推测那些唯一证据是我们自己一厢情愿的想法。毕竟,在没有证据的情况下可以断言的东西可以,也应该可以在没有证据的情况下被否定。