曾闯入地球大气层的流星被证实来自另一个恒星系统，是已知 ...

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美国哈佛大学天文学家在最新一期《天体物理学杂志》发表论文称，他们已经证实，2014年闯入地球大气层的流星CNEOS2014-01-08来自另一个恒星系统，是迄今已知的地球首个星际访客。（科技日报）

一心之恋祭

“星际访客”频繁现身，为探索地球生命起源带来啥启发

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“三年抱俩”

这项研究的起因是2017年10月发现的一颗名为“奥陌陌”（1I/?Oumuamua）的小天体，当时它距离地球3000万千米。起初天文学家们以为它是一颗彗星或小行星，进一步观测表明它的轨道离心率高达1.19，大于1表明是双曲线轨道，也就是来自太阳系之外（对于太阳系天体如行星、彗星等，均为大小不一的椭圆轨道，离心率小于1）。
这引起了天文学家们的极大兴趣，调动了包括斯皮策红外太空望远镜在内的大型仪器对它进行了几个月的观测。数据分析表明，这是一个雪茄状的小天体，大约长400米，宽40米，颜色偏红，具有固态表面，但无法区分它是岩石还是金属。为此国际天文学联合会为它新设了一个天体分类I即星际天体（Interstellar object），1I即第一颗星际天体。


如果说第一颗星际天体出乎所有人意料，那么接下来更没想到，第二颗星际天体竟然来得如此之快。2019年8月30日，乌克兰业余天文学家根纳迪·鲍里索夫发现了一颗新的彗星。
其后，国际天文联合会公布，鲍里索夫的轨迹是更为极端的双曲线，轨道离心率为 3.36，并将其命名为2I/Borisov，是一颗来自太阳系之外的星际彗星。
这颗彗星的核心被彗发、尘埃和气体云包围，估计直径在500米左右（400-1000米）。这两个天体都是高速造访太阳系，奥陌陌的速度高达40千米每秒，鲍里索夫速度也高达32千米每秒，因此不会被太阳系捕获，只是匆匆过客。


既然一下“三年抱俩”，拥有两个太阳系外来客的样本，西拉杰与勒布在2019年就想到，这类小天体造访地球应该不是个案，应该可以在近期的天文数据库里找到更多样本。
他们立即动手搜寻了美国宇航局（NASA）的近地天体研究中心数据库寻找其他星际天体，并在几天内找到了疑似目标——2014年1月8日坠落在巴布亚新几内亚东北海岸的“马努斯岛流星”，数据编号是CNEOS 2014-01-08。
这颗流星直径约为1.5英尺（约合0.45米）。通过数据分析，评估其与太阳系内行星引力之间的相互作用，它的轨迹也是无动力的双曲线，即来自太阳系之外，进入太阳系的速度高达42千米每秒。它的时间比奥陌陌更早，因而是目前已知的第一个太阳系外访客。


宇宙其实很忙

两位学者的研究论文一开始没有被科学期刊接受，毕竟这样的事例太过匪夷所思。关键时刻，美国国防部出了一份研究报告支持了他们的研究结论，即这颗流星的轨迹是来自于星际空间。
自人类有能力探测外太空以来，尤其是当航天事业发展起来之后，既然人类有能力进入太空，各国军方也在时刻警惕外星人入侵的危险。监测陨石、流星和其他国家的航天器也是军方重要的工作内容。各国军方对此投资甚大，有些设备甚至比天文学家手里的仪器更精良，数据也更完备。
奥陌陌、鲍里索夫、马努斯岛流星，三个样本大小不一，这实际也正好可以让科学家们通过统计方法评估星际空间的小天体密度及其来源的性质。它们的来源可能是银河系厚盘（银河系平面的主要部分）上的一颗恒星或者行星系统。那里可能是每颗恒星会抛出0.2~20倍地球质量的物质。三个天体的个头大小各不相同，从统计上说，也正好符合来自于一次碰撞中的物质分布。


更有意思的是，马努斯岛流星坠落在巴布亚新几内亚海洋，为此，哈佛大学已经制定了前往打捞陨石的计划。如果能够获得成功，那么这将是人类第一次获得来自太阳系之外的物质样本，能够让科学家研究其他恒星系统的化学成分和演化过程，与常规的光学观测、宇宙线观测形成有效补充。
有报道称，这项研究表明，至少每过十年，地球上就会有一个“星际访客”。如此频繁地现身可能意味着，35亿年前在地球上萌芽的生命种子可能来自另一个恒星系统。
这实际上也是我们对生命起源的追问和一种猜想——小天体在宇宙中，固然要经历低温、宇宙射线等对生命绝不友好的环境，但其内部依然可以为生命提供保护，成为生命向星际传播的方舟。
我们至今不知道地球生命究竟是如何起源的，那么，有没有可能是某个小天体在三十多亿前，携带着外星生命的种子来到地球，而且可能不止一次，在合适的时机（地球冷却并形成海洋之后）在地球上得以繁荣？这依然是值得研究的科学话题。
借助小天体向宇宙深处航行，或者外星文明会不会借助类似物体探索宇宙，科幻作家们早已对此展开了丰富的想象。英国作家阿瑟·克拉克于1972年出版的科幻小说《与拉玛相会》，就叙述了在22世纪时有一个50公里长的圆柱形外星太空船闯入太阳系的故事。
而这三个小天体告诉我们，宇宙其实很忙，我们未知的领域还很广阔。

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顺天愚夫

最早确认的星际天体Oumuamua(奥陌陌）是由Pan-STARRS于2017年在太阳系中发现的，大小约为100米。随后发现了鲍里索夫，大小约为0.4-1公里。人们预计，星际天体的数量要高得多，其中一些与地球相撞的频率足以引起注意。根据CNEOS记录的事件，我们确定在2014年1月8日17:05:34 UTC检测到一个约0.45米的流星来自未绑定的双曲轨道。美国国防部发布了一封官方信函，称“向美国宇航局报告的速度估计足以表明这是个星际轨迹”，科学家在这里通过这封信来确认该物体的星际轨迹。根据CNEOS提供的数据，我们推断流星在太阳系外的渐近速度为v∞  42.1 ± 5.5 km/s。请注意，这里的v∞指的是太阳系外流星的速度，而不是大气层外流星的速度，其初始速度矢量距离当地静止标准（LSR）的速度为58±6km/s。

<hr/>科学家分析了CNEOS的目录，发现在标准世界时2014年1月8日17:05:34检测到流星在撞击时具有异常高的日心速度。考虑到地球相对于太阳的运动和流星相对于地球的运动，科学家发现流星在撞击时的日心速度约为60km/s，这意味着该物体是未被绑定的。为了揭示这颗流星的运动学历史，科学家整合了它撞击前后的运动。
我们用太阳、八颗行星和流星初始化模拟，地心速度矢量（vxobs，vyobs，vzobs）=（-3.4，-43.5，10.3）km/s，在撞击时高度为18.7公里，时间为2014年1月8日17:05:34 UTC，和CNEOS目录报道的一样。然后，我们使用IAS15追溯流星的运动（Rein & Spiegel 2014）。这没有考虑到空气阻力、相撞的几何形状还有空气阻力，这都会导致更高的撞击速度，因此也会导致日心速度偏高。Siraj & Loeb（2022年）加入了空气阻力导致的放缓。
轨迹

在报告的误差中，流星和除地球以外的任何行星之间都没有实质性的引力相互作用。根据CNEOS报告的撞击速度，v = 44.8 km/s，我们发现流星在太阳系外的渐近速度约为42.1 km/s。为了使物体被绑定，观察到的v = 44.8 km/s的速度下降超过45%到20 km/s。
CNEOS目录还包括了撞击前在太空中检测到的两个物体，2008 TC3和2018 LA，地心撞击速度的测量误差分别为0.3和0.52 km/s。这还说明了目录的不确定性，这促使我们特别检索了2014年1月8日流星的测量不确定性。
最近，美国国防部公布了包含与CNEOS 2014-01-08检测到的所涉及不确定性有关的机密数据，于2022年3月1日发布了一份公开声明，并提交给美国宇航局科学任务局，引用了这一发现预印本，并提到了科学家的分析，即该流星来自一个高度置信的未绑定双曲轨道（Shaw 2022）。这封信接着写道：“博士，太空司令部首席科学家Joel Mozer回顾了国防部与这一发现相关的其他数据的分析。博士Mozer证实，向美国宇航局报告的速度估计足够准确，足以指示这是个星际轨迹”（Shaw 2022）。科学家通过美国发布的官方信件。国防部确认了2014年1月8日流星的星际起源。科学家在这里计算并引用了与物体轨道轨迹相关的高斯对称误差。
科学家发现，撞击时流星的日心轨道元素如下：半长轴，a = 0.47 ±0.15 au，偏心率，e = 2.4 ± 0.3，倾角i = 10 ± 2°，上升节点经度，Ω = 108 ± 1°，ω =58 ± 2°，f = 58 ± 2°。轨迹如图所示。在银河系坐标中，流星在无穷大处的日心进射速度为v∞（U，V，W）=（32.7 ± 5.8，4.5± 1.5，26.1 ±2.0）km/s，距离当地静止标准（LSR）的速度58±6km/s，（U，V，W）LSR =（-11.1.1，12.2，7.3）km/s（Schonrich等人。2010年）。


尺寸分布

考虑到流星的撞击速度约为44.8km/s，以及总撞击能量4.6×10^18 ergs，流星质量约为4.6×10^5 g。II型和IIIa型物体的体积密度值分别为1.7和0.9 g/cm^3，球形几何的半径为0.4-0.5米（Ceplecha 1988；Palotai等人2019）。根据Siraj和Loeb（2022年）根据CNEOS 2014-01-08的曲线，是类似于铁陨石的密度，8 g/cm^3，直径约为0.5米。
CNEOS目录包括过去十年中相对较高频率的事件，因此科学家估计了星际流星的年探测率至少为0.1每年。这一估计与Hajdukova等人（2019年）在CNEOS 2014-01-08规模的错误预算中的估计一致。科学家还通过将年探测率除以流星撞击速度和地球横截面面积的乘积来估计类似大小的星际物体的密度，找到相对于LSR，其大小为R 0.45米、速度v 60 km/s的星际天体的近似数量密度，并且给定了95%的泊松不确定性（Gehrels 1986），大概0.2-20地球质量的物质，一个最小质量的星云预计在轨道速度约为60km/s,半径内部总微行星物质的地球质量（Desch 2007），其他行星系统值相似（Kuchner 2004）。我们推断的星际流星丰度被视为下限，因为CNEOS数据可能偏向于检测更快的流星。


我们发现，在从CNEOS 2014-01-08（米尺）到鲍里索夫（公里尺）的尺寸范围内，最合适的斜率是q ≈ 3.6 ± 0.5，其中不确定性对应于2σ。结果与Dohnanyi（1969）的分析碰撞模型q = 3.5非常一致，但与q = 4无比例幂律模型（Siraj和Loeb 2021）并不矛盾，后者包含每个对数箱的质量相等。幂律外推可能不适用于所有硼化物半径到尘埃粒子。
检测

半径大于5厘米的流星体的核心可以以陨石的形式到达地面（Kruger & Grun 2014）。此外，较小规模的流星体可以从波因丁-罗伯逊效应加速，并可能起源于星际介质。因此，尺寸为5厘米的星际流星最适合系统研究物理太阳系外物质（除了流星燃烧时热气体的光谱外）。我们在这里考虑了他们的潜在检测，尽管它们代表了CNEOS 2014-01-08的尺寸。由于我们预计，根据此处考虑的尺寸分布（q = 3.6±0.5）到比CNEOS 2014-01-08小约5倍的物体的大小分布，我们预计每年至少会撞击地球几次，鉴于地球表面的陆地部分约为30%，一个全天空相机系统网络可以每隔几年检测一次大小为5厘米的星际流星。
从相隔100公里的两个全天空相机系统可见大气总面积约为5×10^5平方公里，因此要覆盖地球上的所有陆地，需要大约300个这样系统，或600个全天空相机系统，类似于CAMO，但具有全天空视野，如AMOS和CAMS。

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我们身处地球上，而地球位于太阳系中，所能接触的基本都是太阳系内的事物，但太阳系也并非是一个封闭的整体，星际间的小天体也是可以来往自由的，有些来自太阳系之外的小天体甚至能来到我们的地球上。


在最新一期《天体物理学杂志》上，美国哈佛大学的天文学家发表论文称发现了来到地球上的已知最早的“星际访客”，它在8年前的2014年就来到了，是一颗于当年1月8日闯入地球大气层的流星，其编号为CNEOS2014-01-08，天文学家们通过影像记录精密计算其轨道和速度认为它属于太阳系外的小天体，来自另一个恒星系统。


说到太阳系外来访的天体，很多喜欢天文的朋友都知道著名的小行星“奥陌陌”，天文学家于2017年10月19日首次发现了它，这个长约400米宽约40米的细长条的雪茄状小天体以每秒26公里左右的速度从天琴座方向冲进太阳系核心区域，方向几乎与太阳系黄道面垂直。直到今天仍有不少人怀疑这个不明天体是一艘外星战舰。




当时它被认为是首颗闯入太阳系的星际小天体，不过8年来科学家们也发现了其他闯入太阳系的小天体，比如2018年拜访地球的宽0.5公里的彗星“鲍里索夫”，体积要比奥陌陌更大！


不过编号为CNEOS2014-01-08的闯入地球的小天体的体积就小多了，天文学家认为它的直径只有0.5米，像一个拉杆箱那么大，说起来微不足道，但是它的速度极快，进入地球大气层时的速度高达每小时21.6万公里，每秒钟就飞行60公里，是地表音速的176倍多，两三秒钟就能自上而下纵穿地球大气层。


如此之快的速度当然有着极大的动能，所以虽然它的质量不大，但是在撞击大气层时仍然爆发出了极强的光，但也正是它进入大气层时爆发出的这束极强的光，才被太空中的探测卫星监视到，并能通过时间得以计算出它的速度，以及判断它的轨道，从而得出这个小行星并非太阳系内天体这一结论。


那么这个流星体进入大气层后去哪里了呢？其实它几乎是在一瞬间就在大气层中爆炸消失掉了，根本无法撞击地面，所以想找它的痕迹基本是找不到的。


为什么通过它进入大气层的速度就能得出这个小天体来自太阳系外这一结论呢？这里必须说一下第三宇宙速度，当地球的某个物体的速度从太阳系外飞行时能达到每秒16.7公里的时候，它就能一直向太阳系外飞行，最终脱离太阳的引力束缚飞行到星际空间中，所以它又常被叫做太阳系逃逸速度。


很显然编号为CNEOS2014-01-08的小天体的速度远超这一速度，太阳系中的天体引力无法将它加速到在地球位置附近也如此之快，太阳的引力也无法束缚它不离开太阳系，因此判断认为这颗小天体是个“星际访客”，科学家们还认为这类小天体很可能和太阳系早期的生命诞生有关。


其实像这样的“星际访客”在太阳系中有很多，只是人类目前才发现了三个，已知最早的是CNEOS2014-01-08流星体，但其实从太阳系形成时开始这样的星际小天体就不断穿梭于太阳系中，现在每天也有很多颗穿梭于内太阳系中，只是它们大都体积很小，很难发现罢了。


参考资料：
《科技日报》11月9日文章《地球首位已知星际访客获得确认》

宋751

先来简单回顾一下：
  首先CNEOS2014-01-08是一颗流星的编号。最早于2014年1月8日被美国航天局下的卫星检测器捕获并记录。不过不用惊奇，因为这类检测器每天都要记录大量的数据，相关数据被记录在CNEOS中，所以最开始这条记录无足轻重。（拓展：CNEOS是近地物体研究中心的缩写，该中心是美国宇航局运营的全球流星目录）
事情的起因要从两方面讲起：
第一，在2017年就有一颗流星被定义星际来客，被命名为Oumuamua（奥陌陌），只不过奥陌陌没理我们，它飞走了，甚至于有人提议：2028年从地球上发射的飞船将在26年后追上奥陌陌，并给它拍照，以供天文学家研究。
这就像到嘴的鸭子飞了一样难受，所以天文界一直在致力于寻找这种星际来客；


第二，Avi Loeb（阿维.勒布）和Amir Siraj（阿米尔·西拉杰）在2018年曾研究过“堪察加流星”，他们当时发现该流星爆炸的威力是广岛原子弹的十倍，他们对此产生了浓厚的兴趣，并决定研究CNEOS目录中近三十年内所记录的流星火球强度，并且想找出来一颗速度最快的流星，在研究过程中他们发现了CNEOS2014-01-08的数据很异常

CNEOS数据库中只有一个事件符合勒布和西拉杰的保守标准：2014年1月8日在巴布亚新几内亚海岸发生的一个火球。根据两人对CNEOS数据的分析，这颗流星有半米大小，重近500公斤，以每秒近44公里的速度进入地球大气层，然后在太平洋上空爆炸。

事情的过程
将CNEOS2014-01-08从尘封的数据库中挖出来以后，勒布和西拉杰以及其它团队对此展开了研究，并于2019年和2022年，也就是今年，分别提交过两次论文，论文的具体内容在这里不赘述。论文表明两个关键点：
1——CNEOS2014-01-08确定是星际来客（来自太阳系以外），这算是刷新了奥陌陌的记录
2——最为重要的一点，CNEOS2014-01-08在太平洋上空炸了，在地球上留下碎片了，算是有机会把鸭子塞进嘴里了。



这是论文中的图1。图片说明：2014年1月8日流星（红色）的轨迹，与撞击时地球（蓝色）的轨迹相交，ti = 2014-01-08 17：05：34。图片来源：Siraj & Loeb。

如何看待这一发现
第一，有的人觉得这不就是一颗石头嘛，又不是外星人。但它的象征意义很重大，就像阿姆斯特朗这个脚印，这也仅仅只是一个脚印，但却是一个里程碑。


第二，CNEOS2014-01-08有两个特别之处：其一，它来自太阳系以外；其二，推测他为系外恒星的碎片。
  据现在已经取回来的碎片研究，约有二十分之一是铁陨石 - 90%至95%的铁，与剩余的镍合金和微量的铱，镓，有时还有金混合。和太阳系的物质构成有一定区别，所以研究这类东西，有利于我们探测系外天体。
  当然，现在数据样本还太少，说明不了什么问题，他们已经组织了探险队去太平洋打捞碎片了。
  人对未知总是充满好奇，在好奇中研究探索，在探索中发现新知，在新知中进步
所以具体的意义暂时并不重大，但无疑是开启了一扇门，里程碑的开始。


第三，曾有过一个猜想：泛种论，即地球上的所有生命可能都是来自外太空，来自其它星系的恒星上的碎片频繁落入地球，上边携带了构成生命的一些必要元素，然后在地球孕育生根发芽。
  所以研究系外碎片有助于推理这种猜想。
最后特别说明：我的上述分析均是以确定CNEOS2014-01-08是“星外来客”为前提，因为以我目前的了解，该项研究还没经过专家评审，论文也暂时没成功发表在权威杂志上，我不知道为什么媒体就会开始报道了，我甚至于产生了一个很阴暗的想法：一个新闻：勒布团队组建探索队，并且邀请了很多富豪资助，目前以筹款五十万美金，预计再筹款100万美金，就正式开始项目。所以我不排除我内心所怀疑的那个阴暗想法。