第一颗系外流星坠入海洋

文｜南方周末特约撰稿 鞠强

责任编辑｜朱力远

2014年1月8日，一颗流星划过天际，坠入巴布亚新几内亚马努斯岛（Manus Island）附近的太平洋中。这颗流星的燃烧当量约为110吨TNT炸药。相似大小的流星并不罕见，每年都会有几十颗这样的流星划过地球的天空。但是，这颗流星却引起了哈佛大学天文学教授亚伯拉罕·勒布（Abraham Loeb）和他的学生埃米尔·斯拉吉（Amir Siraj）的注意。

他们经过计算发现，这颗流星来自太阳系之外的星际空间。考虑到它的发现时间早于2017年发现的系外天体奥陌陌和2019年发现的系外彗星鲍里索夫彗星，这颗流星成为人类迄今为止发现的第一颗系外天体。虽然他们早在2019年4月就公布了这项研究结果，但数据有效性直到3年后的2022年3月才得到美国政府的官方确认。

这颗流星坠落在人迹罕至的大洋中，一颗美国军方用来监测其他国家导弹发射的军事卫星上的传感器成为记录到这颗流星的唯一设备。由于美国国防部和美国国家航空航天局之间有相关合作，因此这颗流星的相关数据发表在美国国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）近地天体研究中心（Center for Near Earth Object Studies, CNEOS）的公共数据库上，这个数据库上有从1988年至今由美国政府的探测器记录到的超过900颗流星的数据。在这个数据库中，这颗流星根据发现日期被编号为CNEOS 2014-01-08，斯拉吉在研究时则把它称作“马努斯岛流星”（Manus Meteor）。

数据库中记录的这些流星的数据包括发现日期、时间、经度、纬度、高度、速度、三维速度分量、燃烧当量等。但是，在这个数据库中，绝大多数测量数据的误差范围被有意略去，由此防止泄露美国军事卫星探测能力的精确度。

2017年10月，天文学家首次在望远镜中发现神秘的雪茄状天体“奥陌陌”。此后，天文学家根据奥陌陌的轨道进行推算，认为它不可能是太阳系内的天体，而是来自太阳系外的星际空间，因此它成为当时人类发现的第一个到访太阳系的星际来客。天文学家认为，因为奥陌陌起源在太阳系之外，因此从它身上我们能够了解很多此前无法获得的关于我们太阳系附近的宇宙的信息。

勒布在奥陌陌被发现后也对它进行了深入的研究，还提出了奥陌陌是外星文明飞船的惊人观点。虽然天文学界并不认可勒布的观点，并且对奥陌陌的性质、分类等问题仍然存在争议，但是在研究奥陌陌这一类系外天体具有重要意义这一点上达成了共识。

2019年4月，斯拉吉已经在勒布的指导下对奥陌陌进行了8个月的研究。当时他们考虑，除了奥陌陌外，是否有可能寻找其他的系外天体进行研究，并把目光锁定在近地天体研究中心的数据库。

经过初步的分析，斯拉吉发现2014年坠落在马努斯岛附近的这颗流星可以作为星际流星的候选者。勒布建议斯拉吉，将撞击的速度与太阳系内小天体群的动力学特性结合起来，估算一下这颗流星来自星际空间的可能性。沿着这条研究路径，斯拉吉把太阳和太阳系内行星的引力影响考虑在内，提出了一个更精确的方法来计算这颗流星的运动轨迹。

在地球同太阳的这个距离上，运动速度超过大约42千米/秒的物体会因速度太快而不能被太阳的引力所捕获。任何运动速度超过这个天体速度极限的物体都可能来自太阳系之外的星际空间，而且如果不受阻碍的话，还会再次冲出太阳系并返回星际空间。

根据卫星观测的数据，马努斯岛流星在进入地球大气层时的速度大约为45千米/秒，但是，这个速度中叠加了这颗流星相对于地球的运动以及地球环绕太阳的运动。斯拉吉使用电脑程序分离出这些叠加效应，发现这颗流星在撞向地球大气层之前从后面追上了地球，与太阳的相对速度接近60千米/秒。即使其中存在很大的误差，他计算出的流星飞行的轨道也很明显不受太阳引力的束缚。

在此之后，勒布和斯拉吉还使用数据库中和其他文献中的其他流星的经过验证的独立数据，反推了军事卫星的测量误差的估计值。在这项艰苦的工作后，他们得到了同样的结论——马努斯岛流星来自星际空间。2019年4月15日，斯拉吉和勒布将论文上传到预印本网站arXiv上，公布了他们的发现，同时把论文投稿到学术期刊。

但是，期刊审稿人对论文中数据的误差感到难以把握，因此不同意接收他们的论文。此后，勒布和斯拉吉获得了美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的两名具有高级安全许可的科学家艾伦·赫德（Alan Hurd）和马特·哈文（Matt Heavner）的帮助。在很短的时间内，哈文就联系上一位匿名分析师。正是这位分析师从军事卫星的观测数据中得到了流星的速度分量，他确认每个值的误差都不超过10%。

斯拉吉和勒布把这个信息加入到他们的误差分析中，得出的结论是这颗流星来自太阳系外的可能性达到99.999%。但是，审稿人再次拒绝了他们的论文，这次提出的反对意见是，这个关于误差的声明只是来自与一位匿名美国政府雇员的私人通信，而不是来自美国政府的正式声明。勒布和斯拉吉又多次尝试，但是始终无法满足期刊审稿人的要求。他们只能遗憾地转向其他研究，马努斯岛流星的真相就这样悬而未决。

但是，一年之后，事情迎来了转机。突破奖基金会主席皮特·沃登（Pete Worden）联系了他们，并且把他们引荐给此时正在美国国防部长办公室工作的马特·丹尼斯（Matt Daniels）。丹尼斯阅读了他们的论文，愿意帮助他们获得来自美国政府的证明。又经过一年的美国政府内部的层层审批后，2022年3月，丹尼斯终于获得了来自美国太空军副司令约翰·肖（John Shaw）中将和太空军空间作战司令部首席科学家乔尔·莫泽（Joel Mozer）对误差的官方证明。这份由约翰·肖中将签署的声明指出：“莫泽博士确认，报告给美国国家航空航天局的速度估计足够精确，可以证实一条星际轨迹。”

这样，勒布和斯拉吉就获得了对这颗流星来自太阳系外这个结论的有力支持。在最初的发现过了3年后，他们的研究能够确认流星CNEOS 2014-01-08是人类目前已知的首颗星际流星。

奥陌陌的艺术想象图。 （欧洲南方天文台/图）

2017年10月19日晚，美国夏威夷大学的天文学家罗伯特·威里克（Robert Weryk）发现了一个此前从未被记录在册的小天体。经过此后一个多月的观测，天文学家确认它来自太阳系之外。

天文学家通常会将新发现的小天体归类到彗星或者小行星中，但是这个小天体却不具有彗星或者小行星的典型特征，而且此前发现的所有彗星和小行星都来自太阳系内部的某个区域。负责为新发现的天体命名的国际天文学联合会（IAU）创造了一个不同于彗星（C）和小行星（A）的新类别——星际天体（I）——来给这个天体命名。这个系外天体的正式科学名称是“1I/2017 U1”，其中1I中的1代表这类天体中的第一个，I代表星际（Interstellar）。作为这个天体的发现者，夏威夷哈雷阿卡拉天文台的天文学家用当地语言中的ʻOumuamua命名它，这个词在当地语言中的意思是“第一位来自远方的使者”，翻译成中文为“奥陌陌”。

奥陌陌是天文学家发现的第一个星际天体，因此他们对奥陌陌的到来实际上没有准备。当他们发现的时候，奥陌陌已经在飞离我们的路上。很快，又小又暗的奥陌陌就消失在光学望远镜的视野中，天文学家希望用斯皮策空间望远镜在红外波段进行追踪的努力也以失败而告终。

2019年8月30日，来自克里米亚半岛MARGO天文台的业余天文学家根纳季·鲍里索夫（Gennady Borisov）发现了一个看起来像是彗星的天体，他是用自制的0.65米口径望远镜发现这个天体的。在此后一周的时间里，来自世界各地的天文学家对它进行了观测，从而获得了足够的数据。国际天文学联合会小行星中心（IAU Minor Planet Center）初步计算出它的轨道，证明它是来自太阳系外的天体。

由于它是当时天文学家发现的第二个来自太阳系外的天体，因此被命名为2I。同时，国际天文学联合会依照以发现者的名字命名彗星的惯例，将这个天体命名为2I/Borisov，即鲍里索夫彗星。

鲍里索夫彗星在2019年12月7日到达近日点，此时它距离太阳2个天文单位，距离地球也是2个天文单位。此后，它开始逐渐远离太阳，最终飞出太阳系。与奥陌陌不同，由于天文学家发现较早，因此有比较充裕的时间对鲍里索夫彗星进行细致的观测。观测结果显示，鲍里索夫彗星虽然来自太阳系外，但是与太阳系内的其他彗星相比没有什么特别之处。

无论是奥陌陌还是鲍里索夫彗星，都已经离开我们；而作为得到认证的第一个系外天体，与地球“亲密接触”的马努斯岛流星对于我们研究系外天体无疑具有重要的价值。

斯拉吉认为，在确认马努斯岛流星来自太阳系外之后，我们能够得到很多有价值的信息。首先，这颗流星的大小暗示每颗恒星在生命周期内都会产生巨大数量的类似天体，这样我们才有可能观测到这样的流星，同时也预示未来我们有机会发现更多的星际流星。根据他们的估计，对太阳系附近的每个行星系统来说，都会有0.2~20倍地球质量的物质被抛射出来，最终形成这样的星际流星。

同时，马努斯岛流星的高速度说明它可能是从银河系厚盘内的另一个行星系统的内部也就是靠近中心恒星的位置被抛射出来的。这一点令人有些惊讶，因为一般而言，我们可能会认为星际天体起源于距离恒星非常遥远的环绕恒星的地区，也就是来自恒星系统外围的彗星云，因为那里有相对较低的逃逸速度。

目前，天文学家已经拥有比较成熟的流星数据库。与此同时，他们也希望建设新的观测网络，以便在未来对星际流星进行研究。实时观测一颗星际流星的燃尽过程将使我们可以进行光谱学研究，从而分析它的化学成分，获得对于其他行星系统的化学情况的了解。

研究星际天体最直接、最有效的方式莫过于获得这些天体的物理样本。斯拉吉和勒布正在研究到马努斯岛附近的太平洋洋底去寻找流星碎片是否可行以及在科学上会有哪些可能的收获。任何在未来发现的足够大的星际流星也会产生很多碎片，我们也可以对这些碎片进行追踪和分析。此外，还有另一种获得样本的方式，就是派探测器前往这些星际天体去获取样本。这正是由勒布发起的伽利略计划（Galileo Project）的目标之一，斯拉吉也是项目组成员之一。通过与美国国家航空航天局新视野号（New Horizons）任务首席科学家艾伦·斯特恩（Alan Stern）的合作，他们已经获得了资助，对前往未来发现的星际天体的太空任务进行概念研发。

星际流星研究这样一个新的领域，对于帮助我们认识自身在宇宙中的位置会有很大的帮助。进一步研究马努斯岛流星的各种性质将为我们提供认识我们附近的宇宙环境的全新视角。将马努斯岛流星的特征与奥陌陌和鲍里索夫彗星的特征进行比较，我们也有望对星际天体获得更加全面的了解。

这些系外信使携带着宇宙、星系、行星系统起源和演化的秘密，在无数次与地球擦肩而过或者“亲密接触”后，终于进入了天文学家的视野，成为值得发掘的巨大宝藏。