斥候星示意圖(圖:NASA)

2017 年 10 月,夏威夷泛星巡天望遠鏡(Pan-STARRS)偵測到某個不尋常的東西。一個形狀像雪茄、約為巴黎鐵塔兩倍大的物體以將近每小時 96,560 公里的速度持續加速向地球飛行。該物體同時具有彗星及小行星的特徵,被稱為「斥候星」(Oumuamua)。天文學家推論,該物體是在數十億年前,另一個恆星系統所形成的巨大岩石,並在穿越星際空間的過程中爆炸。

追逐斥候星計畫

斥候星是人類在太陽系偵測到的首個星際物體。在過去三年間,持續有研究探討其起源、化學成分,甚至它是外星人太空船的可能性。這顆小行星很快就進入了太空深處,使得難以在地球使用望遠鏡進行觀測。也就是說,許多關於斥候星的問題可能永遠無解。

因此英國非營利組織「星際研究倡議」(Initiative for Interstellar Studies)提出了「Lyra計畫」(Project Lyra),希望利用太空船攔截斥候星。該機構近期將於《太空工程》期刊(Acta Astronautica)發表該任務的最新研究。

計畫相關資訊

斥候星目前正以接近人類最快太空船「航海家1號」(Voyager 1)兩倍的速度遠離地球。這顆小行星目前的運行速度約為每年 8 億公里(該距離相當於地球與木星間的平均距離)。也就是說,它在 2030 年代後期就會進入星際空間。為了趕上它,Lyra 計畫將在目前地球最強的兩種火箭─SpaceX 的獵鷹重型運載火箭(Falcon Heavy)或美國太空總署(NASA)的太空發射系統(Space Launch System)擇一發射太空船,並利用木星和太陽的重力輔助將太空船射向小行星。這艘太空船還會配備有火箭助推器,能在飛離太陽時發射以幫助加速。

Lyra 計畫最快將於 2030 年發射太空船。預計在 2049 年攔截到斥候星,那個時候斥候星距離太陽約比太陽到冥王星的距離還要遠 5 倍。相較之下,史上最深入星際空間的人造物體「航海家 1 號」在 40 年間行進 240 億公里。而 Lyra 計畫的太空船必須在一半的時間內前進約 320 億公里。

希伯德表示:「很遺憾地,我們不能在任何我們想要的時間點發射太空船。為了讓任務在當前的科技下可進行,我們必須依賴木星繞太陽公轉的 12 年週期中一個特定的位置,所以此機會大約是每 12 年的周期。」

計畫是否實際?

「太空倡議」(Space Initiatives)物理學家暨 Lyra 計畫共同作者馬歇爾·尤班克斯(Marshall Eubanks)將此任務視為更有野心的星際任務踏腳石。矽谷投資人尤里·米爾納(Yuri Milner)資助的星際任務「Breakthrough Starshot」,曾希望使用巨型雷射發送一組拇指大小的探測器到南門二星系(Alpha Centauri)。尤班克斯表示,前往斥候星的星際任務會比前往南門二星系更為容易,但他承認這個任務依然會面對一系列的挑戰,包括如何在廣泛的星際空間中找到斥候星。他表示:「對前往星際物體的任務而言,存在有很強的科學依據。而現在我們所面臨的問題是:該計畫是否實際?」

現階段,任何星際任務都需要克服一系列的科技挑戰及資金困境。耶魯大學(Yale University)天體物理學博士生戴瑞·瑟里曼(Darryl Seligman)表示,若目標僅是單純拜訪一個星際物體,較好的方式可能是等待它們自己接近地球,而不是在太陽系外追逐它們。他表示:「星際物體是從其他星系中形成的恆星及行星中所留下的物質,它們被直接『快遞』到地球。你必須好好利用這樣的機會。」

2018 年,瑟里曼及其指導教授,耶魯天文學教授古格里·勞夫林(Gregory Laughlin)發表了一篇研究,其中提到使用目前可行的火箭及太空船科技,可能有機會攔截通過內太陽系(inner solar system)的星際物體。瑟里曼及其他天文學家計算出太陽系可能充滿星際物體,人類只是還沒發現它們。例如在發現斥候星僅 1 年後,另一個星際物體鮑里索夫彗星(2I/Borisov)就由克里米亞的業餘天文學家發現。天文學家希望智利大型綜合巡天望遠鏡(Large Synoptic Survey Telescope)等新一代的巨型望遠鏡正式運作後,人類可以開始規律發現星際物體。

要攔截通過地球附近的星際物體均與時機有關。若事先有足夠的準備,要從地球發射一艘具有足夠速度的太空船攔截彗星或小行星是相對簡單的。在斥候星即將離開太陽系前,天文學家才偵測到它,此時要發射攔截火箭為時已晚。若人類已有一艘待命中的太空船,準備好在斥候星飛過時發射,瑟里曼及勞夫林教授認為就有可能前往拜訪。

待執行的任務

2019 年,歐洲太空總署(European Space Agency)批准了「彗星攔截者」(Comet Interceptor)任務,該任務將發射太空船攔截飛越的星際物體。在 2028 年,彗星攔截者太空船會被發射到 L2,也就是太空中地球和太陽的引力相互抵消掉的點。L2 本質上是一個太空船的停車場,彗星攔截者太空船會待在那邊待命,等待任何彗星或星際物體接近。

當彗星攔截者太空船接近其目標時,會分解成三艘較小的太空船。其中一艘會與彗星保持約 966 公里的距離來拍攝照片並收集數據。另外兩艘會衝向彗星核心,以採樣飛離其表面的氣體和塵埃,並測量其磁場。彗星攔截者太空船會幫助科學家更瞭解太陽系或其他星系如何形成。

任務實施的可能性

目前科學家仍未放棄在星際空間攔截斥候星。鮑里索夫彗星的外觀就如同天文學家認為的那樣,是一顆正常的彗星。瑟里曼認為,我們可以期待未來發現的星際物體也長得很相似。不過斥候星較為特別,當它進入內太陽系時,沒有像彗星般噴出氣柱。它有著奇異的延長形狀,不斷翻滾,而且仍在稍微加速。如果我們發現更多星際物體都沒有斥候星的這些特徵,那麼也許值得追逐斥候星,並對其進行研究。

參考資料:

  1. Oberhaus, D., (2020, March 12). Should Earthlings Chase ‘Oumuamua Into Interstellar Space? Wired
  2. Hibberd, A. et al., (2020, May). Project Lyra: Catching 1I/‘Oumuamua – Mission opportunities after 2024. Acta Astronautica. doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.01.018
  3. Seligman, D. et al., (2018, April 30). The Feasibility and Benefits of In Situ Exploration of ‘Oumuamua-like Objects. The Astronomical Journal. doi.org/10.3847/1538-3881/aabd37
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