Оумуамуа был не космическим кораблем пришельцев, а азотным айсбергом

У самого уникального незваного гостя в нашу Солнечную систему есть естественное объяснение, которое идеально подходит - инопланетяне не нужны.

Ключевые выводы

В 2017 году в нашей Солнечной системе был обнаружен первый объект межзвездного происхождения: «Оумуамуа».
Несмотря на то, что одна команда вызвала широкую огласку, предположив, что это космический корабль пришельцев, естественное объяснение азотного айсберга подходит гораздо лучше.
Несмотря на критику сторонников инопланетных космических кораблей, наука не подтверждает их утверждения; 'Оумуамуа выглядит совершенно естественно.

В 2017 году ученые обнаружили в нашей Солнечной системе объект, не похожий ни на что, виденное нами ранее. В то время как все другие тела на нашем собственном космическом заднем дворе - планеты, луны, кометы, астероиды, объекты пояса Койпера и многие другие - обладали свойствами, указывающими на то, что они произошли из нашей Солнечной системы, этот новый объект - нет. Впервые, основываясь на наблюдаемой траектории этого объекта, мы обнаружили нечто, происходящее из-за пределов нашей Солнечной системы и случайно проходящее через наши окрестности. Названный «Оумуамуа», что в переводе с гавайского означает «посланник из далекого прошлого», он обладал рядом любопытных свойств, которыми не обладал ни один другой наблюдаемый объект.

После этого открытия в астрономическом сообществе разгорелись споры: какова была природа этого объекта, который прошел через него? Мог ли это быть сильно выветрившийся астероид, деформированный и кувыркающийся во время своего путешествия через межпланетное пространство? Мог ли это быть огромный фрагмент льда, сделанный из какого-то летучего материала, такого как водород или азот? Может ли это быть что-то еще более экзотическое, например, первобытный объект, разрушенный приливом? Или все мыслимые естественные объяснения неудовлетворительны, открывая дверь к чему-то, казалось бы, неправдоподобному, вроде того, что «Оумуамуа - космический корабль пришельцев»? Несмотря на все, что неизвестно об Оумуамуа, одно объяснение стоит на голову выше остальных. И нет, это не инопланетяне. Вот почему.

Это очень глубокое комбинированное изображение показывает межзвездный объект Оумуамуа в центре изображения. Он окружен следами тусклых звезд, которые размазываются, когда телескопы отслеживают движущегося нарушителя. Это изображение было создано путем объединения нескольких изображений, полученных с Очень Большого Телескопа ESO, а также с Южного Телескопа Джемини. Объект отмечен синим кругом и выглядит как точечный источник без пыли вокруг него.

Факты об Оумуамуа

Когда дело доходит до любого научного вопроса, первое, что имеет первостепенное значение, - это привести наши факты в порядок: основы, с которыми все согласны, на самом деле верны. Еще в 2017 году телескоп, который автоматически, систематически и неоднократно обследует как можно большую часть неба, - телескоп Pan-STARRS, расположенный в самой высокой точке острова Мауи, - обнаружил светящуюся точку, которая быстро двигалась на фоне статичного в остальном, фиксированный фон из звезд. Хотя многие объекты Солнечной системы обладали схожими свойствами, этот объект имел нечто уникальное: то, как менялось его положение с течением времени, указывало на то, что он не мог возникнуть в пределах нашей Солнечной системы. Его орбита была слишком эксцентричной, и он двигался слишком быстро, чтобы его можно было объяснить астероидом, кентавром, поясом Койпера или даже объектом облака Оорта.

На самом деле, до открытия Оумуамуа в 2017 году каждый обнаруженный нами объект Солнечной системы находился либо на стабильной круговой, либо на эллиптической орбите вокруг Солнца (с эксцентриситетом менее 1), либо же только очень слегка гиперболическая, с эксцентриситетом больше 1. Фактически, самая эксцентричная орбита из когда-либо обнаруженных ранее - и которой обладал объект, получивший гравитационную рогатку от Юпитера, - имела эксцентриситет 1,06, все еще едва больше 1. Почти каждый объект, который будет выброшен из Солнечной системы под действием силы тяжести, будет двигаться со скоростью менее 1 км/с, когда достигнет межзвездного пространства, едва избежав притяжения Солнца. Этот ранее самый эксцентричный объект будет двигаться со скоростью ~ 3,8 км/с, что является максимальной скоростью, которую может иметь объект происхождения из Солнечной системы.

Анимация, показывающая путь межзвездного пришельца, ныне известного как Оумуамуа. Сочетание скорости, угла, траектории и физических свойств позволяет сделать вывод, что это произошло из-за пределов нашей Солнечной системы, но мы не могли обнаружить его до тех пор, пока оно не прошло мимо Земли и не вышло из Солнечной системы.

Но не Оумуамуа. Указанные наблюдения:

его эксцентриситет был 1,2
его скорость при достижении межзвездного пространства будет ~26 км/с
у него не было близких столкновений с какими-либо массивными планетами в нашей Солнечной системе

Хотя сначала мы не знали, классифицировать ли его как комету или астероид, быстро стало ясно, что это был принципиально новый тип объекта: тот, который пришел издалека, откуда-то в межзвездном пространстве. Он вошел в нашу Солнечную систему с поразительной скоростью, был перенаправлен Солнцем и был обнаружен в данных только тогда, когда он уже был на пути из Солнечной системы, так как ему довелось пройти рядом с Землей: всего 23 000, 000 км. Сразу же после его открытия мы наблюдали его с помощью всех соответствующих обсерваторий, которые могли сфотографировать его, когда он мчался прочь.

Вот некоторые другие странные свойства, которыми обладал ‘Оумуамуа:

Это был небольшой объект: всего около 100 метров в длину.
Он был очень тусклым, что указывало на то, что даже при его небольшом размере он не отражал особо.
Он был красного цвета, похожий на троянские астероиды, которые мы видим впереди и сзади Юпитера на его орбите.
Он не показал признаков атомного или молекулярного поглощения или излучения, что указывает на то, что пыль и ионы не выделялись.
Каждые 3,6 часа примерно яркость объекта менялась в ~15 раз: беспрецедентно большая величина.

В совокупности эти факторы рисовали замечательную и новую картину.

Из-за изменений яркости, наблюдаемых у межзвездного объекта 1I/'Оумуамуа, где он изменяется в 15 раз от самого яркого до самого слабого, астрономы смоделировали, что это, скорее всего, вытянутый, кувыркающийся объект.. Он может быть сигарообразным, блинообразным или неравномерно затемненным, но в любом случае он должен кувыркаться.

По своему составу ‘Оумуамуа не имел ничего общего с известными нам ледяными телами; это был совершенно не тот цвет. Меняющаяся яркость указывала на то, что этот объект был либо чрезвычайно вытянутым, как сигара, либо чрезвычайно плоским, как блин, и что он должен был кувыркаться неравномерно, независимо от того, какое объяснение было верным. Но был еще один фактор, который вступал в игру, который, возможно, бросал вызов общепринятому объяснению больше, чем любой другой: по мере того, как Оумуамуа удалялся от Солнца, казалось, что он движется немного иначе, чем мы могли бы предсказать, исходя только из закона гравитации, как если бы какой-то еще невидимый фактор заставлял его ускоряться. Дополнительное ускорение было ничтожно малым, всего ~5 микрон в секунду^{2, или 1 часть из 2 000 000 ускорения из-за силы тяжести на поверхности Земли.}

Наиболее распространенное объяснение дополнительного ускорения объекта Солнечной системы состоит в том, что объект неравномерно нагревается Солнцем и начинает выделять газ преимущественно в одном направлении, а не в другом. Однако такие газы или ионы не были обнаружены, а объект не проявлял комы, которой можно было бы ожидать от ледяных тел. Учитывая крошечный размер Оумуамуа и большое расстояние, мы не могли исключить, что он действительно обладал диффузной струей выбросов ниже предела того, что мы могли обнаружить.

Любой отдельный объект, который путешествовал по галактике, подходил бы к звезде так же близко, как Оумуамуа приближался к нашему Солнцу каждые ~100 триллионов лет, или примерно в 8000 раз больше нынешнего возраста Вселенной. Либо нам очень повезло, либо должна быть огромная популяция межзвездных объектов, подобных этому, возможно, целых 10^{25-, блуждающих по галактике Млечный Путь.}

Когда дело доходит до природы межзвездного пришельца Оумуамуа, аномальное ускорение наводит на мысль о выделении газа, но никакого газа не наблюдалось. Это опровергает гипотезу о том, что Оумуамуа был подобен комете или астероиду.

Возможные объяснения

Если вы никогда не наблюдали объект или явление, подобное тому, которое вы видите впервые, важно рассмотреть все мыслимые варианты, которые могли его вызвать. Но что не менее важно, вы должны учитывать естественные явления, которые, как вы ожидаете, должны произойти на основе известных законов природы, прежде чем прибегать к каким-либо неестественным или сверхъестественным объяснениям. Тем не менее, было выдвинуто несколько возможных объяснений, объясняющих весь набор того, что наблюдалось, когда дело дошло до Оумуамуа, но они должны объяснять все данные, касающиеся его одновременно.

Изменения яркости, например, могли быть вызваны вытянутым, кувыркающимся, похожим на сигару объектом; плоский, тонкий, кувыркающийся, похожий на блин предмет; или сфероидальный, многоцветный, вращающийся объект, подобный полузатемненному спутнику Сатурна Япету. Это вероятные объяснения, которые заслуживают дальнейшего изучения в отношении «геометрии Оумуамуа».

‘Оумуамуа был похож по цвету на многие наблюдаемые нами астероиды, но отсутствие выделения газа делает его неблагоприятным для астероидной природы. Астероиды имеют тенденцию к выделению газа только в том случае, если на их поверхности есть летучие молекулы, а степень выделения газа, необходимая для получения наблюдаемых ускорений, находится на пределе того, что должны были увидеть наши инструменты. И все же они ничего не увидели: ни пыли, ни воды, ни двуокиси углерода, ни угарного газа - всего этого в изобилии обнаружено как на кометах, так и на астероидах в нашей Солнечной системе. Чем бы ни был Оумуамуа, это не то, с чем мы близко знакомы из первых рук.

Хотя идея использования светового паруса для перемещения микрочипа через межзвездное пространство с помощью серии мощных лазеров на парусе убедительна, в настоящее время существуют непреодолимые препятствия на пути ее реализации. В качестве потенциального объяснения «Оумуамуа» это совершенно физически немотивировано.

Возможно, по этим причинам профессор Гарварда Ави Леб вместе со своим сотрудником Шмуэлем Биали радикально предположили, что «Оумуамуа не был естественным объектом, а скорее космическим кораблем, созданным инопланетянами». В частности, это было подозрительно похоже на новую идею светового паруса, где большая площадь, но очень тонкая, легкая и хорошо отражающая поверхность должна была использоваться для отражения коллимированного набора лазеров с намерением ускорить его до невероятных значений. скорости для межзвездного путешествия. Как продвигает инициатива Breakthrough Starshot, ее сторонники утверждают, что она может достигать скорости ~ 20% скорости света в идеальных условиях, что делает ее идеальным кандидатом для преодоления расстояния между звездами за одну человеческую жизнь.

Эта идея таит в себе проблемы, которые еще предстоит решить, в том числе:

недостаточная отражательная способность всех известных материалов
неспособность устойчиво ориентироваться и наводить парус во время разгона
неспособность защитить парус от пыли и газа межзвездной среды

Более того, эта идея имеет три большие проблемы, связанные с этим приложением. Во-первых, этот объект не движется со скоростями, даже предсказываемыми световым парусом, а скорее движется с земными скоростями: такими же, с которыми, по наблюдениям, естественным образом движутся другие звезды и межзвездные объекты. Во-вторых, он не обладает теми свойствами, которыми должен обладать световой парус, который провел бы долгое время в межзвездном путешествии. Но третья и, возможно, самая важная проблема заключается в том, что нет никакого сравнения с ожидаемым количеством встречающихся в природе объектов, которые могут вызвать такой сигнал. Несмотря на то, что в нашей Солнечной системе таких объектов нет, они встречаются в природе.

Различные льды, их молекулярный состав и размер, альбедо (отражательная способность) и наблюдаемое ускорение Оумуамуа. Обратите внимание, что азотный лед для сферического объекта диаметром около 25 метров и с альбедо около 0,64 может воспроизвести наблюдаемое ускорение Оумуамуа и по-прежнему оставаться в соответствии с полным набором других наблюдений.

В мае 2020 года Дэрил Селигман и Грег Лафлин подсчитали, что если бы другой летучий твердый молекулярный водород покрывал всего 6% поверхности Оумуамуа, сублимация этих льдов могла бы вызвать наблюдаемые ускорение, при этом избегая обнаружения нашим полным набором инструментов. Идея не совсем сработала в деталях - водородный лед сублимируется слишком легко, быстро и при слишком низкой температуре даже в межзвездном пространстве, - но в ней было зародыше идеи, которую стоило исследовать дальше. Если другая распространенная летучая молекула покрывает поверхность естественного объекта, и эта летучая мышь также избегает обнаружения нашими инструментами, возможно, это могло бы дать необходимое физическое объяснение природы и происхождения «Оумуамуа».

В феврале 2021 года Алан Джексон и Стив Деш собрали кусочки вместе самым убедительным на сегодняшний день способом. Они рассмотрели другие летучие вещества, в частности молекулярный азот: N_{2 Азотный лед существует в большом изобилии во внешней части Солнечной системы, в том числе на Плутоне и Тритоне, двух Крупнейшие известные тела, возникшие в поясе Койпера. Азотные льды покрывают большие участки поверхности объектов пояса Койпера, отражают около ⅔ падающего солнечного света и образуют слои толщиной в несколько километров. Считается, что азотные льды должны быть в изобилии на окраинах практически каждой звездной системы, формирующейся в наше время, и одна из вещей, которые в изобилии происходят на этих окраинах, - это столкновения между массивными телами, которые там присутствуют. Например, считается, что спутники Плутона, Хаумеа и Эриды возникли в результате гигантских столкновений, точно так же, как предполагается, что гигантское столкновение сформировало земную Луну.}

Спутники Плутона, от крошечных Стикса и Кербероса до гигантского Харона, вероятно, образовались в результате гигантского удара давным-давно во внешней части Солнечной системы. Эти гигантские удары должны быть относительно частыми и могут выбрасывать поверхностные льды в большом количестве и с большим количеством фрагментов размером менее километра. Это может объяснить происхождение «Оумуамуа».

Предсказанная численность «азотных айсбергов»

Поскольку 'Оумуамуа давно исчез, единственный способ действий, который мы можем сейчас предпринять в поисках, чтобы определить его природу, состоит в том, чтобы искать и характеризовать дополнительные межзвездные объекты и смотреть, похожи ли другие, а затем рассчитать, насколько теоретически возможно, ожидаемую численность этих объектов по формированию звездных систем по всему Млечному Пути. Именно это Джексон и Деш сделали в статье, опубликованной в марте 2021 года, и определили, что:

всего один квадриллион (10^{15) ледяных фрагментов будет произведено для каждой звездной системы, подобной нашей}
около одной трети массы этих фрагментов будет в форме азотного льда
большинство объектов размером менее одного километра будут состоять из этих фрагментов
эти фрагменты должны разрушиться примерно через ~500 миллионов лет
около 4% всех межзвездных тел, вероятно, являются осколками с преобладанием азотного льда

Это идея, которая быстро стала ведущей гипотезой относительно «происхождения Оумуамуа и представляет собой невероятно многочисленную популяцию объектов, которая - основана исключительно на физике и динамике объектов, о которых известно, что они существуют в изобилии, которое они» Ожидается, что они будут существовать, - возможно, они наконец открылись нам. Самое главное, независимо от любых других представлений, которые могут возникнуть, с этой совокупностью объектов нужно считаться. Благодаря усовершенствованной технологии телескопов мы все еще можем найти фрагменты азотного льда на дальних окраинах нашей внешней Солнечной системы, поскольку, по оценкам, примерно 0,1% всех объектов облака Оорта составляют эти фрагменты.

Предполагается, что практически каждая сформировавшаяся звездная система будет иметь за пределами планетарного региона дискообразное распределение ледяных и каменных тел, подобных нашему поясу Койпера, с большим протяженным облаком Оорта за пределами этого региона.. Столкновения между массивными телами в этих внешних регионах должны создавать смесь фрагментов льда, состоящих из летучих веществ, таких как водяной лед, азотный лед и лед из углекислого газа.

Джексон и Деш в своем анализе были чрезвычайно осторожны, чтобы обосновать свои оценки обилия фрагментов азотного льда, которые должны существовать, на основе полного набора доступных данных. Чтобы ответить на вопрос «сколько Оумуамуа должно быть там?» они перешли к открытию самого объекта, в котором использовались все наборы данных Pan-STARRS. В своей работе они подсчитали, что если учесть, сколько кубических астрономических единиц (параллелепипед расстояния между Землей и Солнцем со всех сторон) вам нужно, чтобы содержать один объект, подобный Оумуамуа, в среднем вам потребуется немногим более 6, 000 из них. Это точно в пределах 90% доверительного интервала диапазона таких объектов, которые, как установлено, действительно существуют из «документа об открытии Оумуамуа».

Но вместо того, чтобы вести науку так, как она должна вестись, когда мы признаем наши собственные ограниченные знания и используем в своих интересах тяжелую работу и опыт наших компетентных коллег, Леба и его студента бакалавриата Амира Сираджа, решили игнорировать методологию Джексона и Деша. Вместо этого они предпочли сделать свои собственные оценки, выбрав необоснованные значения из частичных и, возможно, тщательно отобранных данных. Обилие, которое они выводят, находится между десятками и сотнями раз больше, утверждая, что на каждые ~ 10 кубических астрономических единиц должен быть объект, подобный Оумуамуа. Затем они утверждают, что необъятность азота, требуемого по их оценкам, абсурдна (это так, потому что они создали научную чучело), делая вывод, что сценарий азотного айсберга несостоятелен.

Несмотря на то, что Леб и Сирадж продолжают попадать в заголовки газет со своими утверждениями, а Сирадж называет гипотезу азотного льда «несостоятельной» и «не обсуждаемой», многочисленные недостатки и ленивый анализ их работы делают это совершенно неубедительно для всех, кроме самых некритичных зрителей.

Плутон, крупнейшее тело в настоящее время в поясе Койпера, покрыто слоем льда толщиной в несколько километров. Преобладающими льдами являются азот, углекислый газ и водяной пар, и в прошлом слои льда, вероятно, были толще. В результате ранних столкновений могло образоваться огромное количество ледяных фрагментов: до 10 ^ 15 размером ~100 метров для каждой новообразованной звездной системы в нашей галактике.

Совершенно ясно, что какой бы ни была истинная природа Оумуамуа, он не похож ни на один другой объект, который мы когда-либо видели. С тех пор наблюдался второй межзвездный объект, входящий в нашу Солнечную систему, но он был большим, богатым летучими веществами и напоминал комету, и никогда не приближался особенно близко к Земле. Очевидно, существует большое количество объектов, происходящих из других звездных систем, пересекающих межзвездную среду, и весьма вероятно, что по мере улучшения наших наблюдательных возможностей мы начнем накапливать большие наборы данных о типах объектов, которые проходят через нашу Солнечную систему, несмотря на происходящие из других мест нашей галактики.

Среди них, безусловно, будут более похожие на Оумуамуа объекты, для которых единственным естественным объяснением, которое согласуется с данными, является фрагмент азотного льда. К сожалению, всегда найдутся ученые в этой области, которые закроют глаза на качественную работу своих коллег и вместо этого будут использовать самый опасный образ мышления, какой только может быть у ученого: «Только я способен провести этот анализ правильно». В частности, когда вы работаете за пределами своей области знаний, вы, скорее всего, совершаете ошибки, о которых даже не подозреваете. Единственный успешный путь вперед - быть достаточно смиренным, чтобы смотреть в лицо своим ошибкам, признавать их, исправлять их и учиться на них.

Если вы этого не сделаете, вы не только продолжите дезинформироваться сами, но и, скорее всего, распространите эту дезинформацию на других: студентов, журналистов и широкую общественность. К счастью, наука развивается не благодаря общественному мнению, а благодаря тому, что подтверждается фактами. На данный момент азотный айсберг, безусловно, является наиболее подтвержденной гипотезой происхождения «Оумуамуа». Благодаря получению превосходных данных после того, как Большой синоптический обзорный телескоп в обсерватории Веры Рубин будет подключен к сети, у нас вскоре может появиться гораздо более четкое представление о том, что именно летит через межзвездное пространство Млечного Пути.