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太陽的引力是地球的33萬倍,卻為何留不住一顆小小的奧陌陌?

网瘾少女 2022/11/07

2017年10月19日,天文學家觀測到一個突如其來的系外天體闖入太陽系,飛行速度高達26公里/秒。這個天體從天琴座方向沖入太陽系,行進方向幾乎與黃道面垂直。它呈現出一個雪茄形狀,長約400米、寬40米,顏色偏紅,具有固態的表面,但是無法確定它到底是由巖石構成的還是由金屬構成的。值得一提的是,這是人類首次在太陽系內發現系外天體。

天文學家將這個神秘的「天外來客」命名為奧陌陌。那麼,奧陌陌到底來自哪里?它為什麼會突然闖入太陽系呢?

據天文學家推測,奧陌陌可能來自太陽系附近的一個恒星團,距離地球大約163到277光年。它可能在某個年輕恒星的原行星盤中形成,并在4000萬年前被一顆行星拋出,彈射速度大概是1000~2000米/秒。根據目前已掌握的一些恒星數據,天文學家進一步推測這片區域位于船底座-天鴿座星協,可能是杜鵑座-時鐘座星協中的大規模恒星形成活動的一部分。

甚至有天文學家專門發表論文稱,奧陌陌可能是一艘由外星人制造的光帆飛行器。不過,對于這種說法,馬上就有人表示反對,因為沒有任何證據表明奧陌陌具有人工飛行器的特征。

奇怪的是,奧陌陌在達到近日點后,又以更快的速度偏離了之前的運行軌跡,似乎在有意逃離太陽系。11月1日,奧陌陌經過了火星軌道上空。2018年10月,天文學家已經無法再通過斯皮策太空望遠鏡捕捉到奧陌陌的蹤影。按照天文學家的計算,奧陌陌應該正處于木星和土星之間,4年后它將越過海王星軌道,徹底逃出太陽系。

眾所周知,作為太陽系的核心,太陽的引力是非常強大的,它既然能夠牢牢地拽住八大行星,卻為何留不住一顆小小的奧陌陌呢?

根據愛因斯坦的廣義相對論,引力其實是一種時空漩渦,是質量對周邊時空的扭曲。質量越大,時空曲率就越大,引力也就越大。距離引力源越近,受到的引力就成數量級增長。

按照引力的定義,任何物體之間都有相互吸引力,這個力的大小與各個物體的質量成正比,而與它們之間的距離的平方成反比。

太陽是整個太陽系的中心,它的質量約為1.9891*10^30千克,是地球質量的33萬倍,占整個太陽系質量的99.86%。與此相對應,太陽的引力也是地球引力的33萬倍。太陽的引力范圍過于巨大,以至于幾十億公里遠的海王星都圍繞著它公轉。

然而,對于一個天體來說,它能不能飛出太陽系,或者說太陽的引力能不能將它留住,主要取決于它的飛行速度。比如說地球,它圍繞太陽飛行的公轉速度約為29.79公里/秒,這個速度就不足以讓它掙脫太陽的引力,飛出太陽系。在地球公轉軌道上,任何物體無論大小,要想飛出太陽系,它的速度必須達到42.2公里/秒才行。

當然,在太陽系中的不同位置,同一個物體飛出太陽系所需的速度是不同的。根據天文學家觀測到的實時數據,奧陌陌剛闖入太陽系時的速度約為26公里/秒。這時候,它正處于太陽系的邊緣,所以它的這個速度是高于太陽系的逃逸速度的。

在那之后,奧陌陌就沿著一條幾乎與太陽系黃道面垂直的軌道向太陽系中心飛去。隨著奧陌陌與太陽之間的距離越來越近,太陽對奧陌陌產生的引力也越來越強,這樣一來奧陌陌等于受到了一個額外的助推力,使得它在接近太陽的過程中不斷被加速。當奧陌陌與太陽距離一個天文單位時,它就已經被太陽的引力加速到49.7公里/秒。而當奧陌陌抵達近日點的時候,它的速度就已經來到了87.7公里/秒。

除了受到太陽引力的助力,奧陌陌在太陽系中還受到了另外一個大家伙的助力,這個大家伙就是木星。木星的存在,等于又給奧陌陌加了一把力,這在物理學上叫做引力彈弓效應。

總的來說,奧陌陌在太陽系中的任何一個位置,它的飛行速度都是高于太陽系的逃逸速度的,所以它才能夠掙脫太陽的引力,飛出太陽系。

奧陌陌留給天文學家的疑惑并不在于它能夠逃出太陽系,而是它自身存在一個異常的加速度。對于天文學家來說,想要精準地預測一個天體的運行軌跡并不困難,只要充分地考慮到其他天體對它形成的干擾力即可。然而,奧陌陌并沒有按照天文學家預測的運行軌跡飛行,它在飛出太陽系的時候,就好像猛踩了一下油門,嚴重偏離了預測軌跡。

為了解開這個疑惑,也為了一探奧陌陌的真實面目,一個非盈利的國際太空組織已經制定了一項名為「木星奧伯斯策略」的方案,他們打算從地球發射一顆探測器去追趕奧陌陌。

按照計劃,該探測器將于2028年從地球發射,然后依次環繞金星和地球運動,這樣可以將探測器航行到木星的燃料降到最低。大約4年后,探測器進入木星軌道,它將再次獲得加速,在木星的引力彈弓效應下以13.32萬公里的時速飛向奧陌陌。在此之后,探測器還要飛行將近18年的時間,最終在2050年左右追上奧陌陌。

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