为何天外来客 1I/2017 U1 ʻOumuamua 的形状如此奇怪？

天文学家确认发现的第一个从太阳系以外闯进来的星际来客，编号 1I/2017 U1 ʻOumuamua，经过全世界多台望远镜的接力观测，终于被大致确定了形状。这是一个由岩石构成的雪茄形天体，长度达到400米，宽度只到长度的不到1/10宇宙中有可能通过自然条件形成外形这么奇特的小行星么？如果确实是自然形成的，那么它在形成的过程中究竟经历了怎样的变化？

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　　1. 首先要认识到的一点是：大部分小行星和彗星都是形状很不规则的，“长而细”的形状本身并不罕见，因为只有足够大（一般直径500km以上）的天体才有可能通过自身重力达到静力学平衡（也就是使自身慢慢缩成一个球形），越小的天体越能长得随心所欲，比如Ida、Eros和Itokawa。
三者的密度都在约2g/cm^3以上，Ida和Eros的自转周期在4-5h左右，Itokawa的自转周期在12h左右　　同时，这类长而扁的天体，显然自转越快越容易因为离心作用而分崩离析，这个“快慢”之界和天体本身的成分、密度、固结的紧密程度息息相关。1I/2017 U1 (‘Oumuamua)的奇特之处在于，目前人类发现的这些小行星顶多长轴/短轴比在3-4倍之间，而‘Oumuamua的长宽比比目前的记录要高不少，但它毕竟只有400m长，比Ida和Eros小了两个量级，跟Itokawa差不多的尺寸，自转周期据目前的计算有7h左右（Meech et al., 2017），比Ida和Eros还慢不少，讲道理，这形状也不算是完全不能接受的。
　　

　　2. 所以其实焦点就落在了：一个天体要如何能够在目前的自转速度下维持这样一个长而扁的形状而已。
　　这个10倍的长宽比的结果，发表于11月20日的Nature：A brief visit from a red and extremely elongated interstellar asteroid，下面讲讲这篇文章的结果和观点。
Oumuamua的形状假想图。来源：NASA　　

　　2.1 如果‘Oumuamua是在绕着它的短轴自转的话，这么大的长宽比意味着天体内部的固结强度不可能太低，所以“双头结构”这种固结方式被排除了。而绕短轴旋转是天体比较普遍的情况（绕短轴旋转比较稳定，而且离心作用也会让天体变“扁”），同时小天体的形状和自转周期主要是通过光度变化来判断的，如果是绕着长轴旋转的话光度变化应该不会有‘Oumuamua的观测值这么大。
很多长而细的彗星被认为是其实是两个彗星因为种种原因合并拼接在了一起。这一假说通过罗萨塔号对彗星67P/楚留莫夫的地层研究得到了确认：67P并不是整个儿同时形成的，它的两个头（lobes）来自两个各自独立形成的彗星，只是通过中间的neck连在了一起而已。来源：维基　　

　　2.2 即使‘Oumuamua是绕着长轴旋转（密度的下限），所要求的内部密度都应该在和小行星相当的水平（密度应当在 以上甚至更高），这远远超过通常彗星的密度（彗星67P的密度在  左右），NASA的报道中认为Oumuamua甚至可能是铁质的、完全不含水和冰（Solar System's First Interstellar Visitor Dazzles Scientists）。
　　

　　2.3 光谱数据显示‘Oumuamua的表面反射率和富含有机物的D型小行星和彗星符合度很高，也就是说目前为止除了高轨道偏心率（最新的计算结果是1.1956 ± 0.0006）和10:1的高长宽比之外，‘Oumuamua这个星际来客并没有超出人们对太阳系内天体的认知。
拓展阅读

　　评论区几个问轨道的，可以参考 如何看待新闻《NASA 在太阳系内发现了一个不明飞行物，它来自太阳系以外》？
　　关于这个10:1 是怎么测的，并不是我们获取了精确的天体影像，而是仅仅通过光变来估算的，更具体的可以参考 ProtossProbe：为何天外来客 1I/2017 U1 ʻOumuamua 的形状如此奇怪？
　　

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编辑于 2017-12-21