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2029年4月13日，北京时间14日凌晨，地球的东半球将迎来一位不速之客——一颗外号“毁神星”的小行星99942，又名“阿波菲斯（Apophis）”。届时这颗与摩天大楼个头相当的小行星将会在3万公里的高度与地球擦肩而过，距离近到甚至肉眼可见。阿波菲斯首次被观测到是在2004年，当时经过天文学家计算，它与地球发生碰撞的概率曾一度上升到1/37，已经达到了“都灵危险指数”的黄色4级程度。假如它真的和地球撞上，那它释放的能量大约十亿吨TNT当量，相当于数万颗“小男孩”（广岛原子弹）的威力。虽然没有当年那个导致恐龙灭绝的“希克苏鲁伯”那么厉害，但它毁灭一个小国家已经绰绰有余了，更别说撞击后还会带来一系列的连锁反应，所以后果必定相当严重。2021年3月，当阿波菲斯又一次近距离飞掠地球时，天文学家对其轨道进行了再一次精确计算。这次的计算结果显示，阿波菲斯虽然会在之后多次靠近地球，但是至少在100年内它应该都不会和地球发生碰撞，于是这颗小行星的危险警报才得以解除。但即便如此，人们对它的关注程度依然不减。近20年来，这颗小行星一直被NASA和欧航局（ESA）列为重点监测目标。然而需要注意的是，自打2021年之后，阿波菲斯就只会出现在白天的天空中，因此在那之后天文学家就无法再对其进行观测，该情况会一直持续到2027年。也就是说，它会在我们的视野中消失6年之久。这样的话就会存在一种可能：假如在这期间它的轨道由于某种原因发生了变化（比如受到了更小的小行星撞击），那我们也只能等到2027年才能知晓。如果新的轨道正好能与地球相撞，那时距离撞击也只剩下了短短两年时间。这种可能不是没有，因为目前计算出的阿波菲斯轨道近地点只有3万公里，加上还有5年的积累时间，所以使其变轨到撞击轨道可能不需要多大力量。就像前两年的DART计划，人们用航天器撞击小行星狄莫尔弗斯（Dimorphos），结果小行星的轨道确实产生了明显变化。因此可以认为，阿波菲斯最终撞击地球的概率可能会比预想的要大。针对该情况，加拿大天文学家保罗·维格特重新审视了该问题。通过定量计算维格特发现，其实只需要一颗直径3米的mini小行星（大概还没一辆小汽车大）就能让阿波菲斯变轨到碰撞轨道上。那遇到这样的小行星概率有多大呢？从历史数据来看，每年进入到地球大气层的小行星数量众多，其中至少有一颗直径是>3.4米的，所以阿波菲斯遭受这样一个mini小行星撞击的可能性还真不是没有。不过大家也不用太过担心，因为虽然有但是要让它俩相遇，这个概率还是非常非常低的，大约只有百万分之一。退一步说，即使真的有一颗足够大的mini小行星成功撞击了阿波菲斯，那还要考虑撞击的角度是否合适，是不是能正好让它变轨到撞击轨道上。所以综合下来整体的概率就更低了，可能还不到20亿分之一。所以呢大家不用担心，虽然撞击的概率确实比预想的要高，但也就高了20亿分之一而已。相较于这些，科学家们更关心的还是小行星上携带的信息。还记得之前对小行星“贝努”采样的那个航天器（OSIRIS-REx）吗，如今它已改名（OSIRIS-APEX）并接受了新的任务，任务内容正是对小行星阿波菲斯的探测。该航天器将于2029年4月23日以4000公里的距离飞掠阿波菲斯，随后在6月再次与阿波菲斯会合，然后进行为期18个月的探测任务，其中包括绘制小行星的表面地图以及对其化学成分的分析。我们知道，虽然宇宙中双星以及多星可能有着更大的占比，但我们太阳系是一个单恒星的行星系统。相较于前者，单星系统由于绝大部分质量都集中在恒星身上，所以系统的引力关系比较单一，整体的运动相对稳定，这或许也是地球能诞生并演化出生命的重要原因之一。由于我们认为整个太阳系形成于同一片分子云，那么意味着如果不受外界干扰的话，太阳系中的天体（除了恒星）它们应该都有着相似的轨道。比如共同的角动量来源使得它们有着相同的运动方向，公转轨道面更是应该位于同一平面等等。粗略来看，八大行星基本上确实是这样。除了金星和天王星，其他六个行星甚至连自转方向都是一致的。金星不知道什么原因，它的自转方向和其他人是反着的——自东向西；而天王星更是奇葩，它直接躺着自转。总之，如果忽略这俩“逆子”和“熊孩子”的某些行为，八大行星整体来说还是比较守规矩的。
然而太阳系里可不只有八大行星，尤其是当你把目光望向海王星外时会发现，那里存在着大量轨道各异的天体。它们有些轨道非常扁，偏心率极高（比如著名的小行星塞德娜，它的远日点和近日点相差了十几倍）；而有些天体轨道的方向很怪异，不仅有逆着八大行星走的，甚至还有垂直于黄道面的。总之这里的天体一个比一个“反骨”，天文学上称它们为海王星外天体（Trans-Neptunian Objects，TNOs）。
其实除了海王星外天体，木星、土星这些气态行星的卫星中也有不少具有类似的特点。它们同样有着高偏心率和倾斜的轨道，有些甚至也是逆行轨道，这些卫星被称为不规则卫星（Irregular moon）。
这些现象究竟是什么原因造成的，目前仍然不得而知。虽然巨行星的迁移可以解释一部分海王星外天体的轨道特征，但是这种解释仍然不够有力。考虑到这两类天体有着相似的特征，前不久有天文学家提出了一种“外来恒星闯入”假说，太阳系中那些轨道怪异的天体，可能是受到了外来恒星的引力扰动。相关研究已经发表在2024年9月的《自然·天文学》和《天体物理学杂志快报》上。
研究人员模拟了一颗0.8倍太阳质量的恒星在太阳系形成之初闯入的情况。起初，无论是内部的八大行星还是外围的众多小天体，它们都在围绕太阳规则有序的运行。后来，一颗外来恒星以70°角闯入太阳系，顿时整个星盘被打散，大量的外围天体被搅得天翻地覆，有些被赶到了内部八大行星的地盘，有些则被甩出了太阳的引力范围。而剩下的，有不少的轨道都被拉扯得严重变形，它们最终成为了后来的海王星外天体。
对于那些闯入八大行星地盘的天体来说，有一小部分会被气态行星的引力捕获，成为其卫星，而更多的，它们会在10亿年内因引力弹弓而被弹出太阳系。谁弹的呢？当然还是有着巨大动能的气态行星了，尤其是木星。对于那些少数没被弹走的“幸运儿”来说，它们往往凭借着逆行轨道反而顺利留在了巨行星们身边，最终成为了它们的卫星。
从模拟结果来看，这个假说确实有一定合理性。而且更关键的是，这个假说相较其他模型更为简单，基本只用一个原因就解答了关于太阳系的几个悬而未决的问题。当然，该假说也并非定论，毕竟目前已观测到的海王星外天体的数量还很有限，后续随着新观测设备 (VRO) 的投入使用，研究团队会继续扩大样本以增加模型的可靠性。
[1] Paul Wiegert. On the Sensitivity of Apophis's 2029 Earth Approach to Small Asteroid Impacts. The Planetary Science Journal. 5(8):184 (2024) [2] Pfalzner, S., Govind, A. & Portegies Zwart, S. Trajectory of the stellar flyby that shaped the outer Solar System. Nat Astron (2024) [3] Susanne Pfalzner, Amith Govind, Frank W. Wagner. Irregular Moons Possibly Injected from the Outer Solar System by a Stellar Flyby. The Astrophysical Journal Letters. 972(2) (2024) |
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