天文學家確定太陽系外天體首使星的起源

2017年，通過夏威夷的泛星（Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System，簡稱 Pan-STARRS）巡天計劃發現了太陽系以外第一顆星際天體。命名為「首使星」ʻOumuamua（ʻOu mua mua 是夏威夷語，意思是：是首個來自星際的使者）。該物體就像一顆彗星，但具有無法進行分類的特徵。

兩名亞利桑那州立大學的天體物理學家，地球與太空探索學院的史蒂文·德施（Steven Desch）和亞倫·積臣（Alan Jackson）著手解釋首使星的奇怪特徵，並確定它很可能是另一個恆星系統中類似冥王星的行星一部份。在很多方面，首使星都像一顆彗星，但是它在某些方面足夠奇特，以至於神秘感籠罩著它的本質。

對首使星的觀察，德施和積臣確定它的幾種特徵，這些特徵與彗星的預期有所不同。就速度而言，首使星以比預期低的速度進入太陽系，顯示它在星際運行的時間不超過十億年。就大小尺寸而言，它薄餅形狀也比任何其它已知的太陽系物體更扁平。

他們還觀察到，儘管首使星現時稍為遠離太陽，太陽光汽化了它的冰，形成在彗星中很常見的火箭效應（rocket effect），但觀測到的推力卻強於所由火箭效應能夠解釋得到，而且首使星缺少可檢測到的逸出氣體，通常用彗星的尾巴清晰可見。總體而言，該物體非常像一顆彗星，但與太陽系曾經出現和觀測過的彗星並不相同。

德施和積臣假設首使星是由不同的冰塊構成，他們計算出首使星掠過太陽時，這些冰塊將以更快的速度昇華（從固體變成氣體）。他們從那裡計算出火箭效應，首使星的質量、形狀以及冰的反射率。

德施說：「那是激動人心的時刻，我們意識到，一塊冰比想像的要反射得多，這意味著它可能會更小。相同的火箭效應將使首使星受到更大的推動，比通常的彗星更大。」

德施和積臣發現了一種特別的冰（固態氮氣）與首使星的所有特徵完全匹配。而且，由於在冥王星的表面上可以看到固態的氮冰，所以彗星狀的物體可能是由相同的材料製成。

積臣說：「當我們完成計算反照率（天體的反射性）將首使星的運動與觀測結果相符時，我們就知道這是正確的想法。這個數值與我們在冥王星或海衛一（Triton）的表面上觀察到的相同，由固態氮氣冰覆蓋著。」

然後，他們計算在我們太陽系歷史的早期階段，大塊固態氮冰從冥王星和類似天體的表面擊落的速率。他們計算來自其它恆星系統的固態氮冰塊到達我們的可能性。

積臣說：「大約五億年前的一次撞擊很可能使它脫離原本的恆星系統。由冷凍氮氣製成也解釋了首使星的不尋常形狀。隨著氮氣冰層的外層蒸發，首使星的形狀會變得越來越扁平，就像一塊肥皂外層，因為使用後擦掉一樣。」

【圖、文：節譯自亞利桑那州立大學2021年3月日新聞公佈】