3I/ATLAS是一颗太阳系外飞来的星际彗星,直径有10~20公里。目前它正以每秒60公里以上的速度,朝着地球和太阳飞来。这颗速度如此之快的巨型彗星,是被太阳引力拉扯进太阳系的吗?

我们先了解一下太阳引力与速度相关的问题。

根据地球与太阳引力叠加效应计算得出的三个宇宙速度为:与地球引力抗衡的环绕速度,即第一宇宙速度为每秒7.9公里;要逃出地球引力飞往太阳系的其他行星,即第二宇宙速度为每秒11.2公里;要飞出太阳系,则需要达到第三宇宙速度,即每秒16.7公里。

这三个宇宙速度,只是在地球上发射宇宙飞船,为实现不同目标需要达到的速度。

达到第一宇宙速度,就可以抗衡地球引力,围绕着地球飞行而不被地球引力拉扯下来;达到第二宇宙速度就可以脱离地球引力,飞往太阳系其他行星;达到第三宇宙速度,就可以摆脱太阳引力,飞出太阳系,也就是太阳引力圈,永远不受羁绊地翱翔在深邃太空。

但实际上,如果不是在地球上,而是在太空中与太阳距离不同的位置,摆脱太阳引力所需的速度则完全不同。在地球轨道位置,也就是约1个AU(天文单位,1AU约为1.496亿公里)的距离,要脱离太阳引力需要每秒约42.1公里,之所以在地球上发射航天器只需要达到16.7公里,是因为有地球公转速度每秒29.8公里的动能加成。

在距离太阳不同的位置,脱离太阳引力所需速度约为:水星轨道(0.387 AU**)**每秒67.7公里;金星轨道(0.723 AU)每秒49.5公里;地球轨道(1 AU)每秒42.1公里;火星轨道(1.524 AU)每秒34.1公里;木星轨道(5.204 AU)每秒18.5公里;土星轨道(9.582 AU)每秒13.6公里;天王星轨道(19.229 AU)每秒9.7公里;海王星轨道(30.110 AU)每秒7.7公里;科伊伯带(电信轨道40 AU)每秒6.6公里;日球层顶(100 AU)每秒4.2公里。

在太阳系最遥远的边缘地带,也就是奥尔特云的边际,距离太阳达到100000AU的地方,那里的太阳引力已经很微弱,只需要每秒0.14公里速度,就不会被太阳引力捕获。而那里的星际介质典型运动速度远远超过这个速度,意味着太阳的引力束缚在这里已经极微弱,天体更受银河系潮汐力以及附近恒星引力牵动。

3I/ATLAS是2025年7月1日被发现,那时它已经进入了木星轨道,距离太阳6.7亿公里,速度约为每秒61.3公里。在太阳引力作用下,3I/ATLAS继续向地球和太阳方向飞来,9月22日已经进入木星与火星轨道区间,距离太阳约4.3亿公里,速度已经提升到每秒63.1公里,而且速度还在加快。

10月29日,3I/ATLAS将到达近日点,届时距离太阳2.03亿公里(1.36AU),速度会超过每秒68公里。这已经远远超过太阳引力的逃逸速度,因此3I/ATLAS不可能被太阳引力拉扯在太阳系。

从这个转折点开始,3I/ATLAS就开始向太阳系外飞去,2026年1月中旬掠过地球轨道时,速度将降到每秒65公里,最近时距离地球也有1.8AU,因此对地球没有威胁;2026年3月飞出海王星轨道,速度降至每秒62 公里;此后,将一直向太阳系外飞去,4000年后,才会飞出太阳引力影响范围,这期间,速度会渐渐降至进入太阳系前的速度,以每秒58公里的速度继续稳定地漂泊在太空。

3I/ATLAS 的轨道参数和化学特征显示其来自银河系的厚盘区域,这一区域的恒星年龄普遍超过80亿岁。根据综合分析,科学家们认为3I/ATLAS的年龄在70~110亿岁之间,远超太阳系天体的年龄。

化学特征表明,3I/ATLAS很可能是一颗红矮星抛出的彗星,它以每秒58公里的初始速度,已经在深邃的太空孤独漂泊了至少数百万年乃至数十亿年。既然如此,这颗速度如此之高来自遥远星际的彗星,怎么会被太阳引力拉扯,向着我们地球和太阳飞来呢?

其实,前面已经说了,太阳的引力根本没有拉住3I/ATLAS的能力,它之所以向着我们飞来,是由于其轨迹使然,也就是说3I/ATLAS的运动轨迹恰好朝着太阳系方向飞来,由此借道一过而已。但既然已经进入了太阳的引力势力范围,太阳总要对其施加一点点影响。

影响之一就是引力为其提了速,进入太阳系后,速度越来越快,直到近日点达到每秒68公里。但随着远离太阳而去,速度最终会回落到原始速度每秒58公里;影响之二是引力拉扯稍微改变了 其轨道和飞行方向,使其原本飞往的人马座方向变成蛇夫座方向,偏转角约 12°。这种偏转类似于 “引力透镜” 效应,虽不足以改变其星际天体属性,但为后续追踪提供了关键依据。

3I/ATLAS是迄今为止人类观测到的第三颗闯入太阳系的星际天体,特别这颗年龄可以称得上太阳系爷爷辈的天体,带给了科学界许多研究空间,通过对这颗彗星携带过来的天外原始物质的研究,可以让人类对宇宙演化历史和生命的起源有更多的了解。

关于其真实身份,主流天文学界仍将其视为普通星际彗星,但也派生出了许多奇异猜想,如哈佛大学教授阿维·勒布提出其可能是伪装成彗星的外星探测器的推测。但迄今为止,这颗星际天体遵循的都是自然法则,根据人类已经掌握的物理规律运动,没有任何特别“人为”迹象。

随着3I/ATLAS越来越靠近地球和太阳,天文学家们将动用最先进的装备密切观测其动向,相信会有更多令人振奋的新发现公布,我们拭目以待。

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