人類確認發(fā)現(xiàn)的第一個星際天體奧陌陌的起源剛被揭曉。

中國科學(xué)院國家天文臺張韻博士與美國加州大學(xué)圣克魯茲分校林潮教授的研究論文，揭示了這類星際天體的形成機制和成為星際天體的過程。論文提出的新模型表明奧陌陌可能是被原行星系統(tǒng)中恒星的潮汐作用撕碎并甩出的碎片，數(shù)值模擬結(jié)果首次全面系統(tǒng)地復(fù)現(xiàn)了奧陌陌的所有特征。

2017年10月，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆闖入太陽系的系外小天體，國際天文學(xué)聯(lián)合會將其命名為“奧陌陌”(1I/‘Oumuamua)。作為人類觀測到的首個星際天體，奧陌陌的到來引起了全球廣泛關(guān)注。與此同時，奧陌陌獨特的性質(zhì)也引發(fā)了學(xué)術(shù)界對原有星際天體形成和演化機制的重新討論。奧陌陌長約為100米，長短軸的比例為6:1–10:1，遠遠大于已知太陽系內(nèi)小天體的長短軸比例，具有極其特殊的狹長外形。奧陌陌在運動過程中伴隨著快速旋轉(zhuǎn)，并且它的自轉(zhuǎn)軸不固定。

藝術(shù)家描繪的奧陌陌潮汐撕裂形成過程

（來源：北京天文館/喻京川）

在奧陌陌被發(fā)現(xiàn)之前，現(xiàn)有的行星系統(tǒng)理論認為彗星更容易被其原有行星系統(tǒng)甩出，并且由于彗星比同尺寸的小行星更為明亮，可觀測到的星際天體應(yīng)多為彗星。因此，天文學(xué)家希望利用觀測的手段驗證奧陌陌屬于彗星的猜想。但是，即便調(diào)用了幾乎所有的天文望遠鏡，人們都沒有發(fā)現(xiàn)它有向外噴射氣體和塵埃的跡象，從而推測奧陌陌是一顆小行星而非彗星。然而在對奧陌陌軌道數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計研究后發(fā)現(xiàn)，只有引入一個相當大的非引力項才能使其軌跡得到合理解釋。彗星的向外噴氣行為能夠提供這樣的一個非引力加速度，但這似乎不能解釋擁有小行星外表的奧陌陌。而因太陽光壓作用引起的非引力加速度僅對具有超大面積-質(zhì)量比的物體才有效——這需要奧陌陌具有超乎尋常的疏松結(jié)構(gòu)。在奧陌陌消失兩年后，關(guān)于它的形狀和非引力加速度的謎團仍未解開，它的起源和成為星際天體的過程令天文學(xué)家們十分困惑，甚至有科學(xué)家猜測奧陌陌與外星生物存在有所關(guān)聯(lián)。

左：藝術(shù)家描繪的奧陌陌（來源：ESO/M. Kornmesser）；

右：張-林數(shù)值模擬得到的奧陌陌（來源：國家天文臺/張韻）

“奧陌陌的光譜性質(zhì)顯示它在原來的行星系統(tǒng)中曾經(jīng)受到恒星的強烈熱輻射，這個特征可以通過近距飛越恒星產(chǎn)生，而如此近距離的接觸可能使得奧陌陌的母體被恒星的潮汐作用撕裂，并將奧陌陌甩出原系統(tǒng)，”論文第一作者與通訊作者張韻談到，“正是這一個最平凡的性質(zhì)啟發(fā)了我們著手研究潮汐撕裂星際天體形成理論”。

通過使用超級計算機對天體近距飛越恒星過程中的結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)演化展開高分辨率的數(shù)值模擬研究，他們發(fā)現(xiàn)恒星的潮汐力會將天體撕碎成許多的細長型碎片，同時潮汐作用可使部分碎片的速度增大至超過恒星的逃逸速度，使它們成為星際天體。這些碎片具有翻滾旋轉(zhuǎn)的特征，長短軸的比例大多數(shù)高于5:1，有些甚至能夠高于10:1。在潮汐撕碎過程中，這些碎片的表面因恒星熾熱灼烤而融化。當遠離恒星時，融化的表面重新凝結(jié)使得碎片的整體結(jié)構(gòu)具有很強的粘結(jié)力，從而可以維持所形成的細長形狀的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。恒星的熱輻射同時也會加熱這些碎片內(nèi)部，使得它們體內(nèi)的可揮發(fā)性氣體（如一氧化碳等）大量消耗殆盡。

因此，它們的光譜性質(zhì)具有小行星的特征并失去了明顯的彗星活動表現(xiàn)。同時，熱力學(xué)分析顯示，一些升華溫度較高的可揮發(fā)性物質(zhì)（如水冰等）能夠在地下數(shù)十厘米處保存完好。在奧陌陌的太陽系短途旅行中，這些剩余的水冰可被太陽的熱輻射激活噴發(fā)，提供了所觀測到的非引力加速度。由于潮汐力的強度隨著恒星密度的增大而增強，這種潮汐撕裂現(xiàn)象能夠發(fā)生在密度較大的矮恒星附近。而對于太陽而言，其密度相對較低，不足以產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象，因此太陽系內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)類似奧陌陌的小天體。

近距飛越恒星潮汐撕裂過程