# Мэтт О'Дауд рассказал о происхождении межзвездного астероида Оумуамуа

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=nYGs92-qnFY
Канал: PBS Space Time
Опубликовано: 13.12.2017

---

В октябре 2017 года астрономы впервые в истории зафиксировали космический объект, прибывший в Солнечную систему из глубокого межзвездного пространства. Этот уникальный объект получил официальное обозначение 1I и имя Оумуамуа. Ведущий научно-популярного канала PBS Space Time Мэтт О'Дауд разбирает исследование нидерландских астрофизиков, посвященное анализу траектории, аномальных физических свойств и возможных сценариев происхождения этого таинственного странника.

## 🌌 Открытие первого межзвездного странника
[[JUMP:0:02]]

19 октября текущего года астрономы зафиксировали необычный объект, быстро удаляющийся от Солнца. Открытие было сделано с помощью системы Pan-STARRS — комплекса телескопов панорамного обзора и быстрого реагирования, который непрерывно сканирует небо в поисках движущихся или переменных объектов, таких как астероиды и кометы. Изначально объект посчитали новой кометой, однако после 34 дней непрерывных последующих наблюдений и расчетов орбитальной механики стало очевидно, что ученые впервые имеют дело с телом, прибывшим из-за пределов нашей планетной системы.

Международный астрономический союз присвоил объекту индекс 1I, где литера «I» официально закрепила появление нового класса объектов — межзвездных (interstellar). Параллельно тело получило более поэтичное гавайское имя Оумуамуа, что в переводе означает «посланник из далекого прошлого, прибывший первым». Благодаря оперативной мобилизации крупнейших мировых телескопов астрономам удалось собрать существенный объем данных до того, как объект покинул зону видимости.

## ☄️ Странная анатомия и траектория Оумуамуа
[[JUMP:1:23]]

В центре внимания астрономического сообщества оказался препринт научной статьи группы нидерландских исследователей из Лейденской обсерватории (Leiden Observatory) под руководством Портегиса Цварта (Portegies Zwart et al., 2017, рабочее название — PZ 17). Данная работа детально анализирует физические параметры и траекторию межзвездного гостя. Объект оказался крайне нетипичным: по форме он сильно вытянут и напоминает сигару или монолит из культового фильма «Космическая одиссея 2001 года», имея длину в несколько сотен метров. Поскольку даже для самых мощных оптических приборов Оумуамуа остается лишь слабой точкой, его геометрию вычисляли по кривой блеска. Объект демонстрирует нерегулярные колебания яркости, что указывает на хаотичное вращение (кувыркание) — явный признак масштабного столкновения в его далеком прошлом.

Еще одна важнейшая деталь — полное отсутствие у Оумуамуа кометного хвоста (комы). Его поверхность не испаряется под воздействием солнечной радиации, из чего авторы делают вывод, что объект на глубину не менее одного метра состоит из плотных скальных или металлических пород, свойственных астероидам, а не из льда, как кометы.

Однако наиболее поразительной характеристикой Оумуамуа оказалась его орбитальная траектория. Все известные тела Солнечной системы движутся по эллиптическим замкнутым орбитам, подчиняясь законам Кеплера. Степень вытянутости такой орбиты измеряется эксцентриситетом:

* Значение 0 соответствует идеальной окружности.
* Значение меньше 1 указывает на замкнутую эллиптическую орбиту (например, у Земли эксцентриситет составляет 0,0167, а у кометы Галлея — 0,967).
* Значение больше 1 указывает на незамкнутую гиперболическую траекторию.

Эксцентриситет орбиты Оумуамуа равен 1,2, что однозначно подтверждает его гиперболический путь. В точке максимального сближения с Солнцем (перигелии), которая находилась глубоко внутри орбиты Меркурия, скорость Оумуамуа достигла рекордных 87,7 км/с. При этом локальная скорость убегания для этой точки составляла чуть более 80 км/с. Накопленного избытка кинетической энергии объекту с избытком хватает, чтобы преодолеть гравитационный колодец Солнца и навсегда уйти обратно в глубокий космос.

## 🔬 Три гипотезы происхождения от Leiden Observatory
[[JUMP:4:36]]

В своей работе исследовательская группа PZ 17 проверила три ключевые гипотезы происхождения Оумуамуа:

* **Гипотеза №1: Внутреннее происхождение из окраин Солнечной системы.** Объект мог гипотетически принадлежать поясу Койпера или облаку Оорта. Падая к Солнцу, такие тела развивают высокую скорость, но ее достаточно лишь для возвращения в точку старта. Чтобы приобрести гиперболическую скорость, Оумуамуа должен был получить мощный гравитационный импульс от неоткрытой крупной планеты на окраинах системы. Математическое компьютерное моделирование PZ 17 показало, что вероятность такого сценария ничтожно мала.
* **Гипотеза №2: Выброс из конкретной близлежащей звездной системы.** Ученые провели масштабную симуляцию, запустив движение Оумуамуа назад во времени и сопоставив его с траекториями 3700 звезд в радиусе 100 световых лет от Солнца. Расчеты показали, что примерно 1,3 млн лет назад объект проходил через гипотетическое облако Оорта тусклой звезды с каталожным номером TYC 4742-1027-1. Однако детальный анализ векторов скоростей выявил, что скорость Оумуамуа относительно той звезды на 100 км/с превышала ее собственную скорость убегания. Следовательно, в той системе объект также был лишь транзитным мимолетным гостем.
* **Гипотеза №3: Первородный межзвездный мусор.** Моделирование планетарного формирования показывает, что на этапе протопланетных дисков молодые гиганты гравитационно выбрасывают в межзвездное пространство колоссальные объемы строительного материала — триллионы обломков и даже целые недосформированные планеты. Поскольку звезд во Вселенной миллиарды, межзвездное пространство должно быть буквально заполнено скитающимся астероидным мусором. Наше Солнце, перемещаясь по Галактике, периодически проходит сквозь эти невидимые поля обломков. Авторы PZ 17 пришли к выводу, что этот сценарий является наиболее вероятным, и назвали такие объекты «одинокими камнями» (lonely rocks) или «солнечными лаписами» (solar lapis).

## 📊 Популяционные расчеты и будущее космического мониторинга
[[JUMP:7:03]]

Основываясь на обнаружении всего одного объекта за 5 лет непрерывной работы телескопов Pan-STARRS и учитывая общий объем просканированного пространства, авторы исследования PZ 17 провели математическую экстраполяцию. Согласно их расчетам, чтобы мы смогли зафиксировать хотя бы один подобный объект, плотность межзвездного мусора в окрестностях Солнечной системы должна составлять около 700 триллионов объектов на один кубический парсек.

Эта цифра значительно превышает даже плотность комет в нашем облаке Оорта. Из полученной плотности вытекает смелый прогноз: ежегодно через внутреннюю область Солнечной системы (в пределах земной орбиты) должно проходить от 2 до 12 подобных межзвездных объектов.

Главная причина, почему человечество до сих пор не замечало этих визитеров — ограничения оптической техники. Оумуамуа подошел исключительно близко к Земле — на расстояние в 18 миллионов километров, но даже тогда система Pan-STARRS зафиксировала его на пределе своих возможностей. Любой чуть более мелкий или удаленный объект остался бы незамеченным.

Ситуация обещает кардинально измениться в ближайшие годы. В чилийских Андах ведется строительство Большого синоптического исследовательского телескопа (LSST), получение первого света на котором намечено на 2019 год. Этот прибор сможет фотографировать все доступное ночное небо каждые несколько ночей и будет обладать чувствительностью, позволяющей фиксировать объекты в 14 раз более тусклые, чем Pan-STARRS. Ожидается, что с его запуском обнаружение «солнечных лаписов» станет регулярным событием.

Что касается самого Оумуамуа, траектория уводит его в направлении созвездия Пегаса. Земные телескопы потеряют его из виду уже через пару месяцев, а границы Солнечной системы объект окончательно покинет примерно через 20 000 лет, вернувшись к своим бесчисленным межзвездным собратьям.

## 🧮 Ответы на вопросы зрителей: релятивистский импульс и квантовая неопределенность
[[JUMP:9:44]]

В традиционном блоке разбора писем зрителей Мэтт О'Дауд ответил на фундаментальные вопросы, касающиеся теоретической физики. Пользователь Илья Козлов Леонард поинтересовался: если скорость света строго ограничена, означает ли это наличие верхнего предела для импульса частицы? Ведущий пояснил, что импульс тела с массой покоя может стремиться к бесконечности. Общеизвестная формула $P = m \cdot v$ применима исключительно для низких, нерелятивистских скоростей. При приближении к скорости света $c$ классическое выражение необходимо делить на фактор Лоренца:

$$P = \frac{m \cdot v}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}$$

По мере того как скорость $v$ приближается к $c$, подкоренное выражение устремляется к нулю, а сам фактор Лоренца падает, заставляя итоговое значение импульса $P$ расти до бесконечности.

Второй вопрос, заданный Уильямом Смитом, касался физического смысла интерпретации частоты фотона как его импульса, и содержит ли частота информацию о направлении движения. Мэтт О'Дауд подтвердил, что принцип неопределенности Гейзенберга универсален и работает для любого импульса. У массивных частиц неопределенность импульса распределяется между массой и скоростью. Однако фотоны не обладают массой покоя и всегда движутся со строгой константой скорости $c$. Следовательно, вся квантовая неопределенность фотона целиком сосредоточена в его частоте и направлении движения. 

Этим фундаментальным свойством объясняется классический эксперимент с дифракцией: когда фотоны пропускают через экстремально узкую щель, ученые искусственно увеличивают точность координаты положения частицы. Согласно принципу Гейзенберга, это неизбежно приводит к пропорциональному росту неопределенности импульса, что на практике выражается в резком увеличении угла разлета (углового уширения) фотонов после выхода из щели.