相聚在那拉提（与拉玛相会）

草帽星系

1972年，被喻为20世纪科幻小说三巨头之一的阿瑟·克拉克出版了科幻小说《与拉玛相会》，这部小说一经问世就在科幻圈引起了轰动。继《2001：太空漫游》后，克拉克硬科幻的魅力在这部小说中再次展现得淋漓尽致。1973年的星云奖、1974年的雨果奖在几乎没有悬念的情况下，颁给了《与拉玛相会》。

这个故事是这样的：公元2130年，一个小天体突然闯入太阳系，当它被地球上的小行星预警系统发现时，已经接近木星轨道。进一步的观测令全世界震惊——这个小天体是一个长50千米、宽20千米的圆柱体，就像一节巨大的五号电池，来自太阳系外，直奔太阳飞去。人们以印度教中一位神的名字把它命名为“拉玛”。

拉玛的外形、运行轨迹、表面反射率等都表明，这很可能不是一个自然天体，而是一艘外星智慧文明建造的飞船。于是，人类派出了考察船西塔，成功地与拉玛相会。它果然是一艘外星文明飞船，因为人类宇航员打开了拉玛的“舱门”，进入了拉玛的内部。

拉玛的内部有着令人惊叹的复杂结构，就像数个迷宫般的巨大城市以管道互相联结，冷傲地向人类展示着这个文明的高度。然而，这似乎是一艘幽灵飞船，除了寂静的建筑物外，没有任何灯光，也没有任何活物的迹象。人类宇航员对拉玛内部进行了详尽的考察，除了一次又一次的惊叹外，我们没有得到任何更有价值的东西。

拉玛义无反顾地冲向太阳，速度越来越快，所有计算都表明，拉玛将像飞蛾扑火一样被太阳的烈焰吞噬。可是，拉玛再一次震惊了人类，它以2000千米／秒的速度在距离太阳极近的地方拉出一条优美的弧线，就像一只飞鸟高速俯冲到水面饮了一口水，又轻巧地飞离水面。在吸饱了太阳的能量后，拉玛朝着大麦哲伦星云（Large Magellanic Cloud, LMC）的方向飞出黄道面，一去不复返。

此时的人类终于明白过来，拉玛来到这样靠近太阳的地方，只是为了汲取能量，使它能以更快的速度飞向未知的目标。而人类对它的小小骚扰似乎引不起它的任何兴趣，它用自己的沉默表示了对人类这种低等文明的轻蔑。

现在，请大家从科幻小说的情节中走出来，我们回到现实。有时候，真实的宇宙带给我们的震撼一点也不亚于科幻小说。

2017年10月19日晚上，位于夏威夷毛伊岛上哈雷阿卡拉天文台（Haleakala Observatory）的泛星1号望远镜打开圆顶，开始了巡天观测。泛星计划的一个重要目标就是监测近地小天体，寻找有可能给地球带来天地大冲撞的危险天体。这天晚上，夏威夷大学天文系的罗伯特·威里克（Robert Weryk）博士坐在了电脑前，开始工作。可能与大家想的不一样，现代的天文学家基本不再需要用眼睛凑到望远镜的目镜中观看。天文观测早已经变得完全自动化，威里克只需要打开电脑，一边喝咖啡，一边等着电脑上出现提示信息即可。

很快，电脑提示出现了一个可疑的近地天体。这很正常，因为这样的消息几乎每天晚上都有很多。威里克开始比对之前的观测数据，计算这个天体的运行轨道，当计算结果出来后，他揉了揉自己的眼睛，有点不敢相信。天哪，如果不是哪里弄错的话，这个小天体是来自太阳系以外的闯入者，威里克马上就想到了拉玛，这可是人类历史上从未发生过的事件。他迅速地又验算了几遍，没有发现任何错误。

威里克尽量克制着自己激动的心情，立即按照规定流程把此天体的信息提交给了国际天文学联合会下属的小行星中心，看到消息的所有人都跟着激动了起来。接下来的几天，威里克又利用更大口径的加法夏望远镜（CFHT）对这个小天体进行追踪观测。没错，这个小天体的运行轨迹是一条罕见的双曲线轨道，偏心率达到了惊人的1.19，这是目前已知的最高纪录。只有一个可能：人类历史上第一个来自太阳系外的小天体被发现了。

于是，地球上几乎所有的大型天文望远镜都把镜头对准了它。尽管已经做足了迎接更多新发现的心理准备，但随后的发现还是掀起了一波又一波的惊呼，谜团也是一个接一个。

在发现这个小天体的6天后，10月25日，小行星中心通过电子公告的形式正式宣布了这一发现，并给了它一个临时的编号：C/2017 U1。这里的C表示彗星的意思。然而，就在同一天，欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）否定了这是一颗彗星的猜测，因为它没有彗星必备的彗发(1)和其他任何彗星活动迹象，这是一个表面呈现暗红色的岩石或者金属天体。于是，小行星中心决定更改临时编号中的C为A，表示这是一颗小行星。

准确的轨道计算出来了，该天体大致来自天琴座（Lyra）方向，在被发现的一个多月前，也就是2017年9月9日，经过近日点，到太阳的距离仅为0.255天文单位，比水星离太阳近得多，这个距离相当于地球到月球距离的10倍，这在天文尺度上，就是贴着太阳飞过了。换句话说，它目前正在朝着远离地球的方向飞去。

不过，真正令人惊讶的发现是对它光度变化的观测。在天文观测中，记录观测目标的亮度变化非常基本，也非常重要，天体的亮度变化会透露出许多重要信息。这个太阳系外来客一经发现，就引起了国际天文界的高度重视，很多台大型天文望远镜都开始记录它的光度变化。观测证实，它每隔7.3小时就会有高达10倍的亮度变化，简直就像太空中的一盏手机呼吸灯。



奥陌陌

这说明了两个重要特征：

第一，它有7.3小时的自转周期。这个应该不难理解吧，小天体自己不发光，它的周期性光度变化只能来自天体本身的自转。

第二，我们可以根据光变周期推测它的形状。不知道这一点你能不能想明白。什么样的形状在转动的时候会导致反射到地球上的光亮度不同呢？假如目标是一个完美的球体，那么转动不会导致任何光度变化。只有当它不是一个球体，在转动的时候，从地球上看到的反射面积才会发生变化。10倍的光度变化，说明这个小天体的长宽比是10∶1，它的长度是宽度的10倍。这是一个什么形状呢？对，一根细长的雪茄形状。这个小天体是一根“翻着跟头”飞行的长雪茄。

这是一个令天文学家们感到吃惊的形状，因为形状不规则的小天体很常见，但是长宽比能达到10∶1的小天体，我们从未发现过，太奇葩了。

不过，随后对小天体更精密的轨道计算震惊了天文学家。作为一个越来越严谨的科普作者，我现在轻易不会使用“震惊”这个词，但这个发现确实是震惊了天文学家。

人类历史上的首个太阳系外天体自然受到了天文学界的最高礼遇。除了绝大多数地面的大型望远镜，哈勃太空天文望远镜也立即改变原来的观测计划，将镜头对准了它。要知道，这个小天体的速度超过了第三宇宙速度(2)，它将飞出太阳系，再也不可能回来。这么小的天体，亮度在迅速地衰减，很快就会超出人类所拥有的观测能力。所以我们必须分秒必争，抓紧时间观测。以天文学家凯伦·珍·米奇（Karen Jean Meech）为首的一个国际联合小组，用哈勃望远镜对它进行连续的追踪观测，计算机一刻不停地绘制它的精确运动轨迹。我们知道，假如一个没有任何动力来源的小天体在万有引力的作用下运动，它的运动轨迹必然严格遵循牛顿力学计算出来的轨道。但是，这个小天体的运行轨道却大大地出人意料，它没有遵循经典力学轨道，必须加入一个非常大的非引力项才能解释它的运行，这意味着该小天体需要有额外的动力来源。你没有看错，哈勃望远镜的观测表明，我们有几乎百分之百的把握说，这个小天体必须有一个类似“喷气引擎”一样的动力装置，否则无法解释它奇怪的飞行轨迹。在科学中，我们用置信度来表示一个结论的可靠程度。这个结论的置信度达到了惊人的30σ（西格玛）(3)。要知道，3σ的置信度就相当于有99.7%的把握，那30σ意味着置信度已经爆表，普通的计算软件根本无法算出小数点后面有多少个9了。

听到这里，请你丝毫不要怀疑我的科普严谨性，我讲的东西和《飞碟探索》杂志中的那些奇闻异事有着本质的不同。

其实，太空中已知的拥有天然引擎的小天体并不是没有，彗星就是。大家知道，彗星在靠近太阳的时候，就会产生彗尾，它是彗核的喷发物质形成的。彗尾就好像是彗星的天然引擎，会给彗星提供源源不断的额外动力。因此，在计算彗星的运行轨迹时，就必须加入一个非引力改正项。但问题是，这个来自太阳系外的小天体不是彗星啊，欧洲南方天文台的甚大望远镜用很深的叠加影像表明，它没有任何彗星的特征，没有丝毫的彗尾迹象。



彗星带有彗尾

2017年11月6日，发现小天体的17天后，国际天文学联合会决定专门为这个来自太阳系外的小天体新增加一个前缀编号“I”，也就是interstellar object的首字母，意思是“星际天体”。这个小天体被正式命名为1I/2017 U1，第一个数字“1”表示它是人类历史上第一个该类型的天体。同时，国际天文学联合会还给它起了一个便于传播的昵称，以夏威夷当地的土语命名为“ ‘Oumuamua”，意思是“第一位来自远方的使者”。11月25日，中国科学技术名词审定委员会经过讨论，决定采用国家天文台星系宇宙学部副主任陈学雷研究员提出的“奥陌陌”为其正式中文译名(4)。“奥秘”的“奥”，“陌生”的“陌”，可以说非常传神贴切。



奥陌陌的行动轨迹

2017年11月，在顶级学术期刊《自然》杂志上，米奇、威里克等共同发表了发现奥陌陌经过的论文，论文标题是《一个极其细长的暗红色星际小行星短暂造访》。毫不夸张地说，从那时起直到现在，奥陌陌都是天文圈的热门话题，如果今天你才第一次看到有关奥陌陌的故事，这只能说明你还不算天文爱好者。千万不要以为故事讲到这里就完了，奥陌陌的精彩故事还远没有结束。

一个巨大的谜团正困扰着人类所有的天文学家：既然不是彗星，为什么奥陌陌会有额外的动力源呢？或许你跟我一样，马上就想到了克拉克笔下的拉玛。40多年前，伟大的科幻小说大师创造了来自太阳系外的智慧文明飞船拉玛，莫非，真的被大师言中了？遗憾的是，克拉克2008年以90岁高龄去世了，没能看到奥陌陌出现在太阳系，否则我很担心老人家会不会过于激动，身子骨撑不住。

整个2018年，天文学界关于奥陌陌的讨论和争论就没有停止过，有很多人提出了外星飞船的假说。但这种假说太过惊人，当然也会有大量的反对者。到了2018年11月，美国著名的天文学学术期刊《天体物理学杂志通讯》（Astrophysical Journal Letters）刊登了一篇引起轰动的论文，标题是《是否能用太阳光帆飞船来解释奥陌陌的奇特加速度》(5)。说实话，引起轰动的并不是这个猜想，而是这篇论文第一作者的身份。

他就是大名鼎鼎的哈佛大学天文系主任，同时也是著名的哈佛-史密森天体物理学中心理论和计算研究所主任，全世界知名的天文学家亚伯拉罕·勒布（Abraham Loeb）教授。他领导的研究团队提出，奥陌陌的奇特运动轨迹或许可以用光帆飞船来解释。

光帆也叫作“太阳帆”，原理是利用太阳风或者光压来提供动力，虽然能提供的加速度非常微小，但因为作用的持续时间可以非常长，所以能够累积非常可观的效应。

我阅读了勒布教授的原始论文，整篇论文基本上以数学计算为主。他假设奥陌陌的额外加速度是由太阳帆提供的，根据已经获得的奥陌陌的所有观测数据，计算是否有可能存在这样的太阳帆。最终，他的计算结果是，假如能够制造出一种密度在每平方厘米1—3克，承重强度大约为每平方厘米0.1克的材料，就能够利用太阳辐射产生与奥陌陌的观测数据相符的动力源，这并不是超出人类认知水平的材料。勒布教授推测，奥陌陌的光帆厚度在0.3毫米到0.9毫米。勒布教授的这个计算同样适用于人类制造光帆飞船。在论文的最后，勒布教授写道：“奥陌陌可能是一个由外星文明特意向地球附近发射的、完全可操作的探测器。”

这可是哈佛大学天文系主任、当今世界最著名的天文学家之一写出来的结论。不出所料，勒布教授的论文一出，天下哗然，奥陌陌再次成为刷屏新闻，连新华社也对勒布教授做了专访(6)。

当然，尽管勒布教授的名气很大、身份很高，但科学精神强调的是质疑精神，科学界也从来不会迷信某个著名科学家。勒布教授如此惊人的主张当然也会遭到最严苛的质疑，于是各种各样的质疑声从四面八方涌来。比如，有人提出，既然奥陌陌需要一张巨大的光帆，那为什么在望远镜中看不到呢？我没有查到勒布教授本人的公开回应，但是有其他人回应说，这不难解释，这张光帆的辐射吸收率太好，所以几乎没有反射光，人类的望远镜看不到也不奇怪。

热热闹闹的争论一直持续了大约半年，直到2019年7月1日，《自然》杂志的《天文学》子刊发表了一篇重量级的论文(7)，而这篇论文的作者正是国际空间科学研究所的奥陌陌小组（The ‘Oumuamua ISSI Team）。这个小组一共有14名成员，来自世界各地，他们就是为了研究奥陌陌而专门成立的科学共同体，可以说，这是到目前为止最权威的奥陌陌研究团体。这篇论文的标题是《奥陌陌的自然演化史》，大家可能从论文的标题看出来了，他们并不支持“奥陌陌是外星人飞船”的观点，而认为奥陌陌是自然演化的产物。

论文很长，正文10页，引用的文献资料多达96篇。可以说，这是迄今为止对奥陌陌最全面的一次综述，代表了目前天文学界对首次出现在太阳系的星际天体的认知程度。

这篇论文的结论部分：

作为太阳系的第一个星际访客，奥陌陌挑战了很多假设，比如我们对另一个恒星系的小天体的外观所做的很多猜想。虽然奥陌陌带出了许多引人入胜的问题，但我们已经证明，只要假设“奥陌陌只是一个自然物体”，每个问题就可以得到解答。目前来说，只要你对太阳系的小天体和行星有足够深入的了解，就能明白，“奥陌陌可能是人造物体”的这个结论是不合理的。

不过，我相信大家跟我一样，最关心的肯定不是有关星际天体如何起源的理论，尽管这占了整篇论文绝大部分的篇幅幅。对我们这些喜欢科学的吃瓜群众来说，最感兴趣的肯定还是这篇论文到底是如何批驳哈佛大学勒布教授的观点的。

首先，奥陌陌之所以会被认为是外星飞船，最重要的就是它奇特的运动轨迹。换句话说，到底是什么给它提供了额外的动力。该论文给出了两种可能的解释：

第一种解释：奥陌陌喷出的是大颗粒尘埃物质，而这种大颗粒尘埃物质以人类现有的技术观测不到。论文还举了两颗长周期彗星的例子，说明由于某些未知的机制，长周期彗星就能喷发出在可见光波段无法检测的尘埃。

第二种解释：与彗星喷出的水汽不同，奥陌陌喷出的有可能是一氧化碳或者二氧化碳。这两种气体我们的望远镜很难看到。

接着，论文又给了勒布教授的光帆假说以致命一击。论文认为，光帆假说有一个致命的漏洞，那就是光帆的朝向问题。为了与观测数据相符，奥陌陌的光帆需要与太阳保持适当的朝向。然而，奥陌陌的亮度变化表明，它同时绕着自己的长轴和短轴旋转。论文的计算表明，没有任何一种光帆的朝向，可以符合奥陌陌的实际观测数据。

论文的最后一部分指出，尽管奥陌陌符合自然天体的特征，但也依然有一些问题有待进一步的研究。这些问题包括：奥陌陌的形状为什么能这么细长？它的旋转方式为什么是现在这样的？它到底来自哪个具体的恒星系？

此时，奥陌陌正孤独地飞行在土星轨道与天王星轨道之间，预计2022年将越过海王星轨道，再也不会回头。它就像拉玛一样，静悄悄地来，又静悄悄地走，留下一堆疑问给好奇的人类。

一个好消息是，人类观天的又一个神器——大型综合巡天望远镜（LSST）预计将于2022年全面投入运营，预计它每年都将发现一个类似奥陌陌这样的星际天体。因此，我们很快就能搞明白奥陌陌的这些特性到底是普遍的还是罕见的。奥陌陌的故事剧情是否会再次反转呢？

我觉得反转的可能性完全存在，我也会像追美剧一样，始终关注有关奥陌陌和星际来客的消息，这一切都是正在进行时。

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