是小行星,还是外星战舰?这张“天文美图”究竟有几分真实?

作者: Ent

来源: 果壳

发布日期: 2017-11-24

本文讨论了一张被广泛传播的天文图片的真实性,该图片展示了一颗被认为是来自太阳系外的小行星。文章通过分析图片的来源、天体的实际观测可能性以及科学依据,指出图片实际上是艺术家的想象图,而非真实照片。文章还详细解释了如何通过光变曲线等科学方法推测天体的形状和大小,并强调了太空探索的必要性。

昨天你也许看到了这张图:图片来源:ESA。这张图里,是上个月天文学家观测到的一颗奇特天体。欧空局刚刚在Nature上发表论文,确认了它是一颗来自我们太阳系之外的小行星。我们已经发现了大约750000个小行星和彗星,但这种系外来客还是头一回确认。它被命名为1I/2017 U1 (‘Oumuamua)。不过,这个图片是它真正的模样吗?它会是一艘包裹岩石伪装外壳的飞船吗?

友情提醒:看图片右下角:噢,Artist's Concept,艺术家想象图。作者是欧空局的平面设计师Martin Kornmesser,他画了很多这样的图。有些媒体发这个图的时候没有做说明,又把右下角这俩词裁掉了,那就没辙了是吗……有第二个办法。如果一个天体的图片,前景里有东西,背景里还有浩瀚星空,那不敢说100%,至少99.9%是艺术家想象图。还有第三个线索。

这颗小行星的大小各方计算不同,欧空局论文里给出的是长800米,而NASA的网站说法是400米。这太小了呀!要是我们看个长800米的东西能看得这么清楚,那我们干嘛还要送新视野号去冥王星,送罗塞塔去67P,送朱诺去木星,送卡西尼去土星……在地上直接看了多好。你可能会想到哈勃。哈勃太空望远镜倒是能看到很远很远的东西,快要到宇宙尽头了。

但人家看的东西多大呀,深空场看到的都是整个整个的星系;那些美丽的星云也都是大得难以想象。(以及,发现这个小行星也没有用哈勃。哈勃在太空中,要旋转起来又慢又费能源,所以几乎都是指定了具体目标再去看,而非大范围巡视寻找新东西。)但这么点的小行星,不管你拿什么去看,都是一个小光点。800米真的和没有差不多,绝无可能直接看到任何细节。图片来源:论文配图。所以,这张图就是艺术家瞎画的咯?

倒也不是,他的画是有科学依据的。比如,我们有很大的把握说这玩意儿长宽比大概是10:1。凭啥?凭这个:这东西叫“光变曲线”:随着时间的推移,一个天体在怎么变亮变暗。这是我们观测这些小不点儿最有力的武器。一个小行星,自己又不发光,怎么会变亮变暗呢?因为太空中(1)东西不均匀;(2)东西在旋转。小行星虽然只能被动反射太阳光,但它转到不同位置的时候反光一定会有点儿差异。

只要看一下它变化一圈用多久,就知道它自转的周期。对于Oumuamua,我们精确地算出,它的旋转周期是7.34+-0.06小时。这算是正常的速度。可它的变化幅度就很过分,足足变了2.5个星等。星等的算法是按照指数来,变5等是100倍亮度,变1等是100^1/5倍,2.5等那就是100^2.5/5,恰好100的平方根,10倍。

这要么这个小行星不同位置的颜色差很多,要么这个小行星形状很奇葩,或者两者都有。不过,从光里面还能分析到它的颜色特征。看起来它的颜色和很多日常小行星没什么区别,而且也很均一。那就只能是因为形状奇怪了。虽说奇葩,也不能奇葩过分,乱画一气。别忘了这个小行星还在高速旋转,7小时一圈呢,形状太诡异的话就会把自己甩开了。综合考虑的话,把它画成一个雪茄形状,长是宽10倍的近乎椭球的天体,的确是最合理的方案。

至于这种形状么……嗯,笑笑就算了……还有必须吐槽的是,长条形是地球海洋表面船只需要满足的特征,人家太空战舰没有这么搞的理由。最后的问题就是这玩意儿到底有多大。这种小光点的大小不可能直接测量,还好我们知道亮度。只有亮度也没用,同样大小的东西,一面镜子就比一块石头亮很多。幸运的是,太空中不会无缘无故飘出来个镜子,而这个小行星不管怎么看,除了形状之外别的特征都和我们熟悉的小行星差不太多。

所以,合理地假定它的反射率是0.04,就算出来长800米宽80米这个数字。这个反射率是假定,你要是多一点假定成0.06或者0.08,别人也不能说你什么。大概NASA的数据就是用了不同的反射率得出的(他们没论文所以我们不知道具体的细节)。但数量级都是这个数量级,差不了太多。所以,我们知道它的长宽比是10:1。我们知道它最可能是个类似雪茄的棍棒形状。我们知道它表面色彩偏暗红,和已知小行星差不多。

剩下的?都是艺术家想象。强行科普一百年不是什么正经号。本文来自果壳网,谢绝转载。如有需要请联系sns@guokr.com。(欢迎转发到朋友圈~)

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