浩瀚的宇宙中,地球只是一粒小小的塵埃。盡管人類在宇宙面前十分渺小,智慧的人類對(duì)宇宙的向往及探索卻從未停止。探索宇宙時(shí),人類可以用各種望遠(yuǎn)鏡觀察;可以發(fā)射探測(cè)器;也可以研究天外來客。
隕石來自地球之外,每年有超過6000顆隕石落到地面上。如果算上微小隕石,每年到達(dá)地球的隕石有成千上萬噸。落到地球上的隕石以及到達(dá)地球附近被觀察到的小行星幾乎全部來自太陽系,2017年10月19日發(fā)現(xiàn)的奧陌陌曾被認(rèn)為是第一個(gè)在太陽系內(nèi)被發(fā)現(xiàn)的系外天體,近期科學(xué)家發(fā)現(xiàn)2014年闖入地球大氣層的CNEOS 2014-01-08流星同樣來自太陽系外,比奧陌陌造訪太陽系還要早3年。
飛來的小行星、彗星等,何以確定它是太陽系外的星際訪客?天體的運(yùn)行受萬有引力的指揮,萬有引力能夠分辨出小行星及彗星究竟是來自太陽系內(nèi)還是太陽系外,主要看運(yùn)行軌跡及飛行速度。
太陽系內(nèi)的天體繞太陽運(yùn)行的軌道是橢圓,橢圓是閉合的,天體在橢圓軌道上運(yùn)行永遠(yuǎn)不會(huì)逃離太陽的束縛。若是發(fā)現(xiàn)一個(gè)天體的運(yùn)行軌跡是拋物線或雙曲線,這個(gè)天體一定來自太陽系外。奧陌陌的軌道就是偏心率大于1的雙曲線,由此即可斷定它來自太陽系外。
天體的運(yùn)行速度也能暴露出這個(gè)天體是否來自太陽系外。太陽系內(nèi)的小行星撞擊地球時(shí),隕石相對(duì)于地球的速度在11.2千米每秒至72千米每秒之間。假設(shè)太陽系邊緣或者無窮遠(yuǎn)處有一個(gè)速度為0的石頭在地球引力的作用下加速奔向地球,它撞擊地球的速度就是地球的第二宇宙速度,這個(gè)速度正是11.2千米每秒。這是隕石撞擊地球的速度下限。
地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度大約是29.8千米每秒,在地球軌道上逃離太陽引力的束縛,相對(duì)太陽的速度需要達(dá)到42.2千米每秒。太陽系邊緣有一個(gè)速度為0的石頭在太陽引力的作用下加速,到達(dá)地球軌道時(shí)速度就是42.2千米每秒。如果此時(shí)石頭能夠和地球迎頭相撞,石頭相對(duì)于地球的速度就是72千米每秒。這是太陽系內(nèi)的隕石撞擊地球的速度上限。
用類似的方法可以分析出,太陽系外的天體撞擊地球的速度至少是12.4千米每秒。如果一塊隕石到達(dá)地球的速度達(dá)到了80千米每秒,這塊隕石一定是來自太陽系外。CNEOS 2014-01-08流星進(jìn)入地球大氣層的速度約為60千米每秒,盡管沒有超過72千米每秒,但對(duì)于流星來說這么大的速度非常罕見,很容易讓人想到它是來自太陽系外。再結(jié)合它的運(yùn)動(dòng)軌跡并考慮太陽系內(nèi)的行星對(duì)它軌道的影響,最后確認(rèn)CNEOS 2014-01-08來自太陽系外。
研究來自太陽系內(nèi)的隕石及彗星會(huì)對(duì)認(rèn)識(shí)太陽系的形成及演化有重要幫助。不同質(zhì)量的恒星演化過程不一樣,研究太陽系外的來客對(duì)研究其他恒星的演化也有積極的意義。也許地球能夠成為一顆特殊的星球與太陽系外的物質(zhì)造訪有關(guān)。
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