2017年秋天,第一个已知的星际物体穿过太阳系,引发了天文学的一场革命。由于该物体的单质性质,来自世界各地的天文学家不知所措。彗星,小行星或任何其他常规物体都没有出现,这导致了各种“异国情调”的解释。

哈佛大学教授Avi Loeb和他的前博士后(Shmuel Bialy博士)提出了一种特别具有异国情调的解释,他们假设Oumuamua可能是外星人的光帆。尽管大多数反驳论文都对提出的证据提出了质疑,但天体物理学家和加州大学洛杉矶分校的名誉教授本·祖克曼(Ben Zuckerman)进行的一项新研究却质疑了其他一些问题:为什么一个外星文明希望以这种方式进行调查?

这项研究“' Oumuamua并非外星文明向我们的太阳系发送的探测器”,最近在网上发表,并已提交给《美国天文学会》(AAS)期刊。在回顾了发送探索性任务的可能动机之后,扎克曼得出结论,ETI不会有动机向我们的太阳系派遣航天器(从而对“外星探测”理论产生怀疑)。

为了总结他的立场,扎克曼首先承认勒布和比亚利的立场文件包含完整的22个方程式,这些方程式支持了他们的论点,“乌姆穆阿是星际探测器”。这些因素包括其质量与面积之比,旋转,通过星际介质(ISM)可能经过的最大距离,抗张强度以及由于撞击而产生的能量传递。

结合其光曲线(与光盘一致),反射率以及在太阳辐射以外的任何影响下加速离开太阳系的方式,他们能够证明“ Oumuamua与星际一致”。光帆。作为回应,扎克曼以著名理论物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)的开创性话反驳了他的话:

“星际旅行的问题是动机问题,而不是物理问题。”

就像戴森(Dyson)提出的可以包围整个恒星系统(又称戴森球体)的巨型结构的建议一样,它不是关于您是否可以这样做的问题,而是“为什么要这么做”的问题。具体来说,扎克曼引用了最近的一项研究,该研究检查了发送星际探测器以收集有关潜在宜居行星的信息的科学可行性。

扎克曼以宇宙学原理(又称哥白尼原理)作为试金石,思考了为什么外星人种族会被激励向附近的恒星系统派遣“乌姆穆阿”式帆船,这意味着什么,以及为什么看起来不合逻辑。假设他们想提供更多更好的选择。

低效的探索

其中包括华盛顿大学麦当劳太空科学中心的物理学家乔纳森·卡兹(Jonathon Katz)最近发表的题为“' Oumuamua不是人造的'”的论文。为了反驳Loeb和Bialy的论文,Katz提出了关于为何飞越任务将是收集数据效率低下的手段的争论。这适用于'Oumuamua和Breakthrough Starshot提出的星际光帆任务的建议。

根据Katz的计算,以26 km / s(93,600 km / h; 58,160 mph)的速度,“ Oumuamua”大约需要400,000年才能从32.6光年(10帕秒)之内的任何主序恒星系统飞行。 。根据祖克曼的说法,这意味着技术先进的物种现在需要更老,并且需要开发出更先进的探测太空深度的手段(使这种探测器效率低下)。

而且,他估计,为了使这样的探测器出现在我们的太阳系中(除非出现异常的运气),一个物种将不得不发射100,000个这样的探测器(这也是一种非常低效的方法)。有趣的是,扎克曼的反驳论文的这一方面代表了勒布和比亚利在其原始论文中提出的观点的反面,引用了先前对附近空间中星际物体(ISO)数量的研究。

根据一项名为“星际闯入者:'Oumuamua类物体的数量密度和起源'的2018年研究” ,来自夏威夷大学天文学研究所的研究人员表明,每立方秒差距内必须有2个万亿次ISO(〜35立方光年)或每个星系发射1个万万个天体,以使“ Oumuamua”这样的天体能够被检测到。

扎克曼反驳这一论点,认为在我们的太阳系中存在人造物体意味着存在许多,甚至更多。正如勒布认为的那样,另一种选择是检测到这样的物体是非常幸运的(而且极不可能)。

超级望远镜

相比之下,祖克曼说,以NASA的“地球行星搜寻器”(TPF)和ESA的“达尔文”为例,很难对技术先进的物种施加压力,以至无法识别复杂望远镜提供的超强科学回报。TPF是针对高敏感度太空望远镜星座的提议,该提议先前已由NASA天文学和天体物理学调查委员会审议。

同时,达尔文是一个由四到五个自由飞行的航天器组成的星座,旨在搜寻其他恒星周围的类地球行星并分析其大气。虽然没有一个概念得到实现(TPF被James Webb太空望远镜所取代),但原理仍然是相同的。根据下一代望远镜将产生的科学回报,扎克曼得出以下结论:

    “如果实际上存在附近的技术文明……它的巨型太空望远镜将完全抵消任何构建'Oumuamua在Bialy&Loeb(2018)图片中所代表的定向探测器的动机。地基望远镜在我们用航天器探索太阳系方面发挥了绝对必不可少的作用。”

艺术家对“彗星拦截器”航天器任务概念的概述,该航天器将从地球附近飞行,并与一个从外部太阳系进入的长周期彗星或星际物体会合。

探索目标

扎克曼提供的另一种见解是望远镜勘测和星际探测器之间存在着深厚的联系。在此基础上,他进一步阐述了他在1981年的一项研究中提出的论点,他认为行星际空间中的太空望远镜可以调查系外行星大气层(有先见之明),减少无星际任务的成本,甚至可以帮助进行定向的泛光作用。

“ NASA的毅力只是发送给探索火星的一连串太空飞船中最新的,而不是例如水星或金星;这是因为我们的望远镜长期以来提供了足够的动力使火星到达所有其他行星之上,”祖克曼在最近的论文中指出。“类似的考虑因素,但对于天基望远镜,仍适用于太阳系外行星的探索。”

最后但并非最不重要的一点是,扎克曼将现有太空望远镜的功能与“ Oumuamua”的大小和外形在太空船上的实际期望进行了比较。最重要的是,太空望远镜的科学动机也很清楚,而星际飞行任务概念充满了关于有效性和成本效益的各种问题。总之:

    “任何这样的飞越探测器的转瞬即逝的能力都远不及在外星文明的行星际空间中运行数万年的太空望远镜的功能。尽管已经证明天文学家很难基于常规天文物体来构造令人信服的“ Oumuamua”图片,但本文中的讨论证明了涉及外星探测器飞越的解释在逻辑上是不可能的。”

宇宙打孔器

当然,可以提出几个相反的论点。对于初学者来说,祖克曼使用'Oumuamua'的速度来论证这是探索太空的一种完全低效的方式。但是,示例“蜻蜓计划”很容易抵消这一点,“蜻蜓计划”是当前正在开发的另一种提议的光帆飞行器,其中包括磁帆以在穿越星际空间后减速。

简而言之,仅仅因为“ Oumuamua”在被检测到时以26 km / s的速度行驶并不意味着它在整个运输过程中都在行驶。祖克曼还争辩说,一个ETI将需要产生10 5个数量级的轻帆,以使其中一个有可能被发现。但是,宇宙学原理可以在这一点上带回其他含义。

如果我们假设一个ETI能够研究星际光帆的概念并认为它们很有价值,那么假设在我们银河系的一角有不止一个会考虑随着时间的推移这样做也是很不寻常的。更重要的是,扎克曼的论文假设一个类似“ Oumuamua”的物体将是可操作的,或者发送该物体的物种仍将活着。

这是Leob在2018年与Bialy的论文中以及随后在他的《外星人:超越地球的智慧生命的第一个迹象》一书中提出的问题。在这两种情况下,勒布教授都提出了非常现实的可能性,即如果'Oumuamua起源于人工,那可能是一块空间碎片或现已灭绝的航天器的遗骸。顺便说一句,发送出去的人可能已经死了,任务也就结束了。

las,扎克曼在动机和成本效益分析问题上有一个很明确的观点。说到它,星际探索需要大量的能量和资源。还有这样的任务需要花多长时间到达它的目的地和时间滞后强加于通信。出于这个原因,为什么科学家会考虑花费更少的费用并有望在不久的将来获得科学回报的全天候任务,这是可以理解的。简而言之,“为什么要打扰?”

但是,这引起了另一个非常重要的反驳。如果依靠下一代望远镜有足够的动力不进行星际任务,那么为什么人类在我们说话时仍试图实现这样的任务呢?自从太空时代来临以来,一直有科学家致力于发展星际探索的概念。

更现代的例子(如前所述)包括Breakthrough Starshot,由Loeb教授亲自主持的董事会监督。这家非营利性企业由尤里·米尔纳(Yuri Milner),史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)和马克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)于2016年发起,目的是实现一项星际任务,该任务可前往半人马座阿尔法人,并观察我们一生中的系外行星。

还有前述的“蜻蜓计划”,它是由“星际研究计划”(i4is)主办的2013年设计竞赛的一部分。巧合的是,虽然蜻蜓是比赛的获胜概念,但获得第二名的设计却是最终被用于开发的Breakthrough Starshot。

还有国际非营利组织Icarus Interstellar,致力于通过教育和外展来实现星际探索。该组织还监督了一些先进的理念,包括发展项目伊卡洛斯,项目珀耳塞福涅,项目Bifrost,项目推进(另一lightsail概念),以及项目海波(在合作开发与i4is)。

除了其他提议,例如英国行星际协会的Daedalus计划,Enzmann星际飞船和100年星际飞船之外,也不乏想要进行星际探索的科学家和梦想家。尽管有这样一个事实,下一代望远镜将在短短几年内投入使用,有望探究宇宙的最深奥秘。

从我们太阳系中的物体和附近系外行星到宇宙中最早的星系的所有事物都需要观察,为什么我们还要麻烦将航天器发送给附近的恒星以对其进行劣质拍摄呢?好问题!再说一次,当我们完全有能力从远处检查月球时,为什么有必要将宇航员送上月球呢?

一个明显的答案是有机会采购月球样品进行分析(到今天仍在产生科学数据)。对于派机器人任务和宇航员到火星也是如此。该毅力流动站不仅将允许来自火星采样返回,但会铺平道路,为载人飞行任务的方式(这也将运送火星样本家庭)的第一个任务。

但是,一个更明显的原因是亲自上月球更有意义。从这个意义上讲,我们可以看到动机问题远远超出了有形利益。说到它,阿波罗时代的最大影响就是自豪感和成就感,它带给了全人类。提前几年总结出来的最大原因是:

    我们选择去月球!我们选择在这十年中去月球去做其他事情,不是因为它们很容易,而是因为它们很难。因为这一目标将有助于组织和衡量我们的最佳能量和技能,因为这一挑战是我们愿意接受的挑战,我们不愿推迟的挑战,我们打算赢得的挑战……”

很难与慷慨激昂的逻辑争论,不是吗?如果我们假设宇宙论原理适用于所有这些情况,那么我们就必须假设ETI对我们现在完全相同的考虑感到痛苦,并且可能得出类似的结论。“为什么要发送一个探针(或成千上万个探针)来探索其他行星以寻找生命迹象?因为他们在那里,Dangit!”