星际来客‘Oumuamua——你丫到底是个啥？！

2017年10月19日，夏威夷大学的Pan-STARRS1望远镜观测到了一颗轨道清奇的小天体，他近乎垂直地一头扎进太阳系的轨道面，然后又绝尘而去。其轨道偏心率高于1（高达1.2），因此被认为是一颗来自太阳系外的星际来客。

‘Oumuamua的轨道。来源：NASA

一波三折的起名

一颗新发现的小天体，在有正式命名之前，科学家们通常会给它们一个临时性的名字（编号），以标记它们的发现时间和大致属性。

偏心率这么大的轨道，一开始大家都认为是一颗彗星，所以最开始的名字就叫C/2017 U1，其中前半部分代表小天体的分类，C代表彗星（Comet）；后半部分代表发现的时间，2017是年份， U1代表是10月下半月新发现的第一颗小天体。

小天体按发现时间的时间编号规则，字母I被跳过了。制图：haibaraemily

但后来，由于这颗小天体在近日点附近没有发现彗星标志性的挥发性彗发和彗尾，10月25日左右，人们就迅速修正了之前的看法，认为这不是一颗彗星，而是一颗小行星，编号也随即改为A/2017 U1，A表示小行星（Asteroids）。

一般来说，一颗彗星飞到近日点附近时，由于温度升高，会变得非常活跃，放出大量挥发性物质，形成明亮的彗发和彗尾。来源：维基。

当然，不管编号是C还是A，这其实都是暂时沿用了我们对太阳系中发现的小天体的编号方式，既然这颗小天体来自太阳系以外，那么还是有必要区分开来的，于是最终专门为这颗小天体新辟了一个编号I，代表星际物体（Interstellar）。11月15日，国际天文联盟（IAU）将这颗小天体的正式、永久编号定为：1I/2017 U1，意思是2017年十月下半月发现的第一颗小天体，也是第一颗星际物体。

同时，小行星的发现者是有小行星的命名权的，这颗小天体被夏威夷大学的发现团队命名为‘Oumuamua，是夏威夷语中“远方而来的第一位信使”的意思，中译名为奥陌陌。

奇异的形态

通过分析天文观测获取的光变曲线（简单来说就是表面积大的面比表面积小的面更亮，通过亮度的周期性变化可以反推每个面的长宽比），科学家们发现这颗小天体虽然不大（长度只有400米），自转周期也不算特别快（约7.34小时），但形态异常地细长，长宽比可以达到10:1 (Meech et al., Nature, 2017)。

讲道理，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，比如艾达（Ida）、爱神星（Eros）和丝川星（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

但目前人类发现的这些小行星顶多长宽比顶多在3-4倍之间，而‘Oumuamua的长宽比比目前的记录要高出不少。这么极端的形态，对小天体内部的强度和密度要求更高，才可能让它不至于在离心作用下分崩离析。

‘Oumuamua形状的假想图。来源：NASA

无比“正常”的光谱特征

然而，‘Oumuamua的光谱特征（体现了天体的表面成分）却正常到不行：表面反射率和太阳系中富含有机物的D型小行星以及彗星的符合度很高，几何反照率（0.04）更是和彗星非常相似，也就是光谱特征不仅没有体现出什么与众不同之处，而且还和很多彗星很像！于是最初的问题又被重新抛了出来，仅仅因为在近日点（0.25AU）附近不够活跃（没有水冰挥发）就判断‘Oumuamua不是彗星……这，是不是太草率了？

‘Oumuamua（当时还叫A/2017 U1）与几种不同类型的小行星和彗星的反射率对比 。Meech et al. (Nature, 2017)

峰回路转

近日，英国皇后大学Alan Fitzsimmons教授的团队提出，游荡在茫茫宇宙中的‘Oumuamua长期暴露在宇宙射线之中，其表面的有机物可能会慢慢形成一层隔热层，把‘Oumuamua“保护”了起来，导致其内部的挥发性冰物质在距太阳很近的时候都没能被成功挥发出来，所以…‘Oumuamua未必就是小行星，它完全有可能是一颗彗星。这一结果发表于2017年12月18日的《自然·天文学》：Spectroscopy and thermal modelling of the first interstellar object 1I/2017 U1 ‘Oumuamua。

Fitzsimmons团队对两组望远镜获取的‘Oumuamua的从可见光到近红外波段（350-1800nm）的反射率数据进行了细致而深入的分析，结果发现：‘Oumuamua在整个波段范围内没有任何明显的峰值和吸收，光谱特征和海王星外天体（trans-Neptunian objects，简称TNOs）、D型小行星、特洛伊小行星、彗星核和一颗活跃的半人马小行星(60558) Echeclus都有相似之处，尤其体现在它们在可见光和近红外短波波段（350-1000nm）都有一个明显上升的坡度。

（左）本文所用的两组‘Oumuamua的反射光谱数据和D、L、C型小行星反射率的对比(Fitzsimmons et al., 2017) Fig. 2，（右）本文所用的两组数据同光谱坡度较高的半人马小行星（粉红，那一大块）、特洛伊小行星（蓝色）、彗星核（绿色）和一颗活跃的半人马小行星(60558) Echeclus（品红，带褶子的那条单线）反射率的对比(Fitzsimmons et al., 2017) Fig. 3。以550nm的反射率为标准做了归一化。

有机物？隔热层？

不管是D型小行星、彗星核还是海王星外天体，它们持续上升的反射光谱一直被认为是由于富含有机物的表层受到各种辐射的结果。那么，如果‘Oumuamua的表层也含有大量有机物，它又在茫茫宇宙中游荡了这么久，这些有机物在宇宙射线的辐射之下就有可能产生一层绝热的有机物残留——其实也不用太久，只要暴露在星际空间不到1000万年尺度就足够了。

• 这层绝热层可以有多给力？

  热模拟结果显示，只要绝热层有30cm-40cm厚，那么‘Oumuamua最高温度都不会超过水冰的挥发温度，如果绝热层厚于40cm，那么‘Oumuamua最高温度都不会超过干冰的挥发温度。

  也就是说，只有确认了‘Oumuamua地下40cm深以下都还没有水冰和干冰，才能真正确定它不是彗星。

• 如果地下有一层冰，‘Oumuamua这么细长的结构承受得住吗？

  作者算了一下，认为承受得住，维持这样的结构所需的内部固结强度并不高，比彗星67P的内部强度都低也完全没问题。

热模型计算的不同绝热层厚度下‘Oumuamua表面温度随距太阳距离的关系。(Fitzsimmons et al., 2017) Fig. 4

回到原点

其实，不仅是对这颗特殊的星际来客，即使是在我们太阳系内，小行星和彗星的界限有时也不那么明了，仅仅从“通过近日点附近时有没有观测到挥发性彗发和彗尾”来判断，可能会遗漏掉很多被绝热层“保护”起来的彗星，这种观测偏差对来自遥远的奥尔特云的彗星会更加明显。

好在1I/2017 U1这个名字起的还是很有先见之明的，不仅避免了类型判断不明的尴尬，也让我们可以以一种更加开放的姿态去重新思考星际物质的成分和演化历史本身，而不是拘泥于彗星和小行星的定义和区分。

本文作者：灰原哀博士（haibaraemily），从事行星科学研究

本文鸣谢知友 @梁昊 @好大的风 对解释(Fitzsimmons et al., 2017) Fig. 1时的帮助和指导。

参考

1. Small Asteroid or Comet 'Visits' from Beyond the Solar System

2. 1I/2017 U1 'Oumuamua - In Depth | Planets - NASA Solar System Exploration

3. Cometary Designation System

4. New- And Old-Style Minor Planet Designations

5. Interstellar Object 'Oumuamua Could Be a Comet in Disguise

6. Meech, K. J., Weryk, R., Micheli, M., Kleyna, J. T., Hainaut, O. R., Jedicke, R., ... & Denneau, L. (2017). A brief visit from a red and extremely elongated interstellar asteroid. Nature.