老上头条的星际来客“奥陌陌”，又不必非得是外星人的飞船了？

　　2017年10月，天文学家发现了一颗从太阳系外闯进来的小天体，后来被命名为奥陌陌（1I/'Oumuamua)。
　　这颗据估计只有100米上下的小东西，以天文学家在太阳系内从未见识过的高速闯入，划出一道决绝的双曲线，高速离开。双曲线型的轨道意为着，它在离太阳无穷远处，仍然有不为零的速度——也就是说，它来自星际。
　　很快，这一发现就登上了头条，因为这是人类首次发现星际来客。可能谁也没有料到，在接下来1年多的时间里，奥陌陌还会连上好几次头条，甚至跟外星人飞船扯上关系。

奥陌陌闯入太阳系的轨道示意图。它划出了一道双曲线轨迹，被发现时就已经在逃离太阳系了。图片来源：NASA

长得怪就算了，还在“加速”，什么鬼……
　　当时，天文学家调动了几乎所有的大型天文望远镜，对这个罕见的星际小天体进行密集观测。然而它跑得实在太快，短短两个月后，就已经跑出了天文学家探测能力所及之处，再度隐没到宇宙无边的黑暗中。
　　这一点宝贵的观测资料，为我们揭示了奥陌陌的许多基本性质，也引出了更多难解的疑问：
　　这颗小天体有着非常大幅的周期性光变。这种周期性光变通常是非球状的小天体在自转过程中产生的现象。然而奥陌陌的光变幅度如此之大，让天文学家估计出其长短轴的比达到6:1，甚至可能达到10:1。这个比例即使对见多识广的天文学家来说，也是有点奇葩，而那张雪茄形的艺术家想象图一出炉，很多吃瓜群众更是开始犯嘀咕——这有点像电影《2012》里的大船啊……

2017年末的奥陌陌想象图。图片来源：欧洲南方天文台

　　2018年6月，《自然》杂志一篇论文指出的事实，让奥陌陌更显古怪。它居然在悄然加速！（确切来说，是在它飞离太阳系的途中减速略慢， 位置悄然偏离了完全按万有引力推算的预测值。）
　　虽然说以往观测到的彗星，由于行经太阳附近时冰消雪融、向外喷射气体，也会像自带小发动机一样获得一定的“加速”，但无论是用斯必泽空间红外望远镜，还是用大型的光学望远镜，都没有发现奥陌陌有向外喷出气体和尘埃的迹象。
　　这样的话，这个“加速”就有点说不通了呀……
莫非是……外星人的“光帆”飞船？
　　2018年10月，哈佛大学天文系主任亚伯拉罕·勒布（Avi Loeb）的一篇论文，更是让全球媒体原地爆炸。
　　他指出，既然没有像彗星一样喷气的迹象，那或许只有光压可以帮助奥陌陌加速；而要让光压强到帮奥陌陌产生足够的加速，需要奥陌陌有非常大的面积-质量比。换句话说，假设奥陌陌是一张扁片儿的话，它需要有不到1毫米的“极致轻薄”。据此勒叔提出，奥陌陌可能是外星人发射的一艘“光帆”飞船。
　　在哈佛大学崇高美誉度和勒布面对媒体时近乎肯定的语气加持之下，渴望早日见到“外星人”的吃瓜群众们为这个惊人假说感到沸腾。

光帆想象图。图片来源：突破摄星

　　勒叔能从奥陌陌的反常加速联想到光帆，可以说是其来有自。他本人担任“突破摄星”计划的首席科学顾问，而这一雄心勃勃的计划，正是打算用光帆技术往比邻星发射微型探测器。近年来，勒叔还发表过好几篇试图用光帆解释奇怪天文现象的论文。其中一篇指称，快速射电暴可能来自外星人用激光驱动光帆时产生的能量泄露。这正是今年1月大众媒体热炒“15亿光年外星人电报”的所谓“理论依据”。
　　勒叔凡事都往光帆扯的思路遭到了不少天文学家同行的鄙夷。他面向媒体和公众时，在缺乏足够证据的情况下，轻率地把奥陌陌归咎于“外星人”的态度，也被很多同行认为过分轻浮。但话说回来，想要反驳他的“奥陌陌光帆假说”，总得有人提一个看起来稍微靠谱点儿的说法吧？
大雪球，特别特别蓬松的那种！
　　在北极极地涡旋南侵导致北美大部分地区经历堪称史上最严酷的一个冬天之后，一名在巴尔的摩市“空间望远镜研究所”（STScI）工作的女天文学家阿玛雅·莫罗-马丁（Amaya Moro-Martín）在情人节前一天给出了自己的答案——
　　奥陌陌，可能是一个大雪球，特别、特别、特别疏松的那种。
　　基本上，莫阿姨也是顺着勒叔用光压解释反常加速的思路往下说，只不过基于多年研究原行星盘演化的内行经验，她提出了一个非常天体物理、不需要“外星人”干预的思路：自然界有一种现成的、制造巨大“面积-质量比”的方案——分形。

各种形状的雪花，出自 W.A. Bentley & W.J. Humphreys (1931) 出版之图书 Snow Crystals。

　　分形是一个大家很熟悉的概念。不难想见，当二维平面上的一个雪花末梢不断分叉、长出更为细小的分支时，整个雪花的周长要比同样质量的水冻成一片圆形冰晶时长得多。
　　同理，如果我们用很多小冰晶堆叠出一个内部非常多孔疏松的巨型雪球，也可以产生比压实的雪球大得多的表面积。如此一来，不必非得是“外星人”制造的“光帆”，我们也有可能构造出“纯天然”的奥陌陌，让它具有足够大的面积-质量比。
　　那要想实现给奥陌陌加速所需的光压，这个假想中的大雪球要有多疏松呢？
　　莫阿姨指出，它内部只有十万分之几的空间不是空的。换句话说，它的密度大约在每立方厘米十万分之一克的数量级——这是地表空气密度的百分之一，比人类制备出来的最轻材料“石墨烯气凝胶”的密度还要低一个数量级。

石墨烯气凝胶，是地球上人类制造的最轻材料。图片来源：浙江大学高超课题组

　　这可能吗？会不会是个比外星人光帆更离奇的假说？
　　莫阿姨指出，这是完全可能的。
　　早在奥陌陌发现之前几年，就有人通过计算机模拟，研究过原行星盘（恒星形成初期，围绕恒星的正在孕育行星的尘埃气体盘）在演化过程中，微小的尘埃是如何互相碰撞、聚合的。一般估计这种尘埃颗粒的大小集中在0.1微米左右，它们碰撞黏连在一起之后，确实可以产生低至每立方厘米十万分之一克数量级的极端疏松“雪球”。而且，奥陌陌的大小也处在天文学家此前预言的这种聚合体的大小范围之内。
　　如果奥陌陌来自一颗邻近的年轻恒星周围的原行星盘，这一切就可以说是情理之中的事了。

年轻恒星金牛座HL周围的气体尘埃盘。图片来源：ALMA

　　不过，包含莫阿姨在内的原行星盘研究者恐怕以前做梦也没有想过，居然可以有生之年“活久见”、遇到这样的一颗比空气还轻的雪球自己飞到太阳系来给他们近距离观赏。如果莫阿姨的假说成立，这将有力地提醒天文学家，在研究原行星盘的时候，不能只盯着最小的尘埃颗粒和已经长成的大个行星了，奥陌陌这种百米大小的雪球同样值得关注。
　　而且，如果这个假说能够被夯实，可以说大型科学悬疑连续剧《奥陌陌》就终于有了一个大团圆结局：天文学家再一次，不必像自己鄙夷的小神棍们那样，轻易把不认识的东西甩锅给“外星人”了。
　　实乃可喜可贺！
参考文献

• Bialy, S., & Loeb, A. 2018, ApJ, 868, L1
  
• Micheli, M., Farnocchia, D., Meech, K. J., et al. 2018, Nature, 559, 223
  
• Moro-Martín, A. 2019, arXiv:1902.04100
  

拓展阅读
所以，“奥陌陌”是外星飞船吗？
15亿光年外传来的讯号，真是外星人的电报？先别这么激动……
给自己加速的星际访客，居然不是外星飞船？！

果壳网