星际彗星：当宇宙派出信使

星际彗星：数十亿年的流浪只为一次经过

被从原恒星系抛出的流浪天体

星际彗星是流浪的天体，是不绕任何恒星运行的银河流浪者。它们在行星形成时期被抛出原恒星系，在星际空间中自由漂流，仅受银河系的集体引力约束。与在围绕太阳的封闭椭圆轨道上运行的所谓"本地"彗星不同，它们沿着双曲线轨迹 （一条偏心率严格大于1的开放曲线，不允许形成围绕太阳的封闭轨道）（偏心率大于1）运动。

一去不返的双曲线轨迹

这些天体纯属轨道的偶然才仅此一次穿越我们的恒星邻域，永远不会被太阳引力俘获，随后便朝着银河系深处再度启程，一去便是数亿年。

注：
在一个恒星系诞生之时，形成中的行星所产生的引力扰动会将数十亿个小天体抛入星际空间。 我们的太阳本身也曾释放出数量可观的此类碎片。 这些碎片如今携带着原恒星系的化学印记（矿物、冰、有机分子），如同宇宙海洋中的一个个"漂流瓶"，在银河系中流浪。

奥陌陌的发现：一个历史性的首次

Pan-STARRS1的偶然探测

2017年10月19日，在夏威夷使用Pan-STARRS1望远镜工作的天文学家罗伯特·韦里克（生于1982年）探测到一个以异常速度移动的天体，其速度远超太阳引力所能解释的范围。该天体被命名为1I/奥陌陌 （首个被证实的星际天体，其夏威夷语名称大致意为"第一位来自远方的信使"），这个夏威夷语词汇大致意为"来自远方的斥候"。这是在我们太阳系中探测到的首个得到证实的星际天体。

该天体被探测到时，已在其近日点之后，正迅速远离太阳。 天文学家们只有几个星期的观测时间，之后它就变得过于暗淡。 本可以识别其表面分子或流出气体的光谱观测尝试，由于信号不足，大部分未能成功。

无法解释的非引力加速度

它令人困惑的行为立即引发了激烈的科学争论。它的形状似乎极为细长，并呈现出暗示剧烈翻滚自转的周期性亮度变化。更令人惊讶的是，它的加速度与引力预测并不完全吻合：人们测量到了一种非引力的额外推力。

鲍里索夫：星际彗星的首次证实

来自克里米亚的业余发现

2019年8月30日，乌克兰业余天文学家根纳季·鲍里索夫（生于1966年）在克里米亚的自建天文台发现了一个外观明显呈彗星状的天体。人们很快计算出它的双曲线轨道：其3.356的偏心率使其星际起源毫无疑义。这颗彗星获得了正式编号2I/鲍里索夫，这是第二个被证实的星际天体，也是第一个明确表现出经典彗星活动的天体。

揭示真相的化学成分

与奥陌陌不同，2I/鲍里索夫显得"亲切"得多。地面和太空的光谱分析揭示了一氧化碳（CO）、水（H₂O）和氰（CN）的存在，这些化合物在我们太阳系自己的彗星中很常见。皮奥特尔·古齐克和宾扬（Bin Yang）的团队2020年发表在《自然·天文学》杂志上的研究表明，这颗彗星的一氧化碳比例特别高，远超太阳系彗星的平均值，暗示它形成于一个寒冷的环境中，距离其原恒星十分遥远。

人类第一次能够直接分析一个在另一个恒星系中形成的天体的化学成分，从而为银河系尺度的行星形成过程提供了观测约束。

若干判据可以用来识别星际天体

四个轨道与动力学判据

星际天体的识别依赖于若干相互补充的物理与轨道判据。

• 轨道偏心率大于1：轨道是开放的、双曲线的，该天体不可能被引力束缚于太阳。
• 经过之后的剩余速度：被太阳束缚的天体在远离时会逐渐减速，直到停下并折返。 而星际天体即使在非常遥远的距离上仍保持正速度：它永远不会停止。 奥陌陌的这一剩余速度约为26 km/s，2I/鲍里索夫约为32 km/s。
• 正的轨道能量（\(\varepsilon >0\)）：这一能量衡量的是天体所拥有的（其动能 \(\frac{v^2}{2}\)）与太阳为让它逃脱所"索取的代价"（其势能 \(\frac{GM_\odot}{r}\)）之间的平衡。 若账目为负，天体便是太阳的囚徒。 若为正，天体就是自由的：所有星际彗星皆是如此。
• 一致的来源方向：沿轨道回溯，天体的辐射点必须指向星际空间，与奥尔特云或柯伊伯带等太阳系已知的彗星库毫无关联。

已证实天体一览表

下表汇总了迄今已证实的两个星际天体及其主要轨道与物理特征。

星际彗星让我们了解到的银河系

太阳系外物质的天然样本

在科学好奇心之外，星际彗星是太阳系外物质的天然样本。它们的化学成分反映了其原恒星原行星盘中曾经盛行的物理与化学条件：温度、同位素比、分子丰度。每个星际天体在某种意义上都是一个未知恒星环境的化学印记。

泛种论与银河系化学交换

化学物质通过此类天体在恒星系之间循环的观点，与泛种论 （一种假说，认为微生物或其化学前体可以通过陨石、彗星或其他天体在恒星系之间传播）的概念密切相关。如果复杂的有机分子，甚至是生命前化合物，能够经受住星际旅行，那么恒星系之间存在化学交换的可能性就不能被排除。

更根本地说，这些天体的探测与研究证实了我们的太阳系在银河系中并非孤立存在。它浸润在源源不断的来自别处的物质流之中，这种行星碎片的永久交换，在数十亿年的尺度上，在银河系的恒星系之间织就了一张共同的化学之网。