據(jù)國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》日前報(bào)道，科學(xué)家在太陽系中發(fā)現(xiàn)了新的星際“高速公路”。小天體可以“借道”星際高速公路，用幾十年時(shí)間完成從小行星帶到海王星之外的軌道遷移，此前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為該遷移過程需要幾十萬至百萬年時(shí)間。

在宇宙中航行，離不開引力，也藏有“高速公路”。星際高速公路，就是太陽系中一系列相互連接的空間流形管道構(gòu)成的超級運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。這些空間流形管道與太陽系天體的拉格朗日點(diǎn)密切相關(guān)。不同天體附近的流形管道在空間中可以相互連接，由此形成龐大的星際高速公路網(wǎng)絡(luò)。在星際高速公路網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的物體，無需消耗任何燃料便可從太陽系一處轉(zhuǎn)移到另一處。

早在1997年，美國科學(xué)家就利用星際高速公路理論，為“創(chuàng)世紀(jì)號”航天器設(shè)計(jì)了低能量轉(zhuǎn)移軌道。該航天器在從2001年發(fā)射后到返回地球的過程中，幾乎沒有消耗任何燃料。2011年，中國“嫦娥二號”探月衛(wèi)星完成任務(wù)后，利用剩余不多的燃料“搭乘”星際高速公路飛向日地系統(tǒng)第二拉格朗日點(diǎn)，成為世界上第一個(gè)從月球飛向日地系統(tǒng)第二拉格朗日點(diǎn)的深空探測器。

星際高速公路雖不是新理論，但它在太陽系小天體快速軌道運(yùn)輸中發(fā)揮的重要作用卻是首次被發(fā)現(xiàn)，顛覆了人們對小天體軌道遷移速度的認(rèn)知，也表明當(dāng)今太陽系仍然處在快速演化的過程中。作為太陽系中引力最強(qiáng)的行星，木星附近的流形管道對太陽系中小天體的快速軌道遷移起主導(dǎo)作用，是太陽系星際高速公路網(wǎng)絡(luò)中的“霸主”。小天體可以沿著流形管道抵達(dá)木星附近，在木星強(qiáng)大引力作用下，要么被木星俘獲，要么被木星彈出到海王星軌道之外，甚至彈出太陽系，成為進(jìn)入恒星際空間的流浪天體。

當(dāng)然，其他星系也存在類似的星際高速公路，讓一些“不速之客”造訪太陽系。2017年，人類發(fā)現(xiàn)了首顆闖入太陽系的星際訪客“奧陌陌”;2020年，第二顆星際訪客“鮑里索夫”被發(fā)現(xiàn)。它們的到來很有可能與其母星的星際高速公路網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。

星際高速公路理論為設(shè)計(jì)創(chuàng)新的空間任務(wù)軌道方案提供了基礎(chǔ)，有望進(jìn)一步應(yīng)用于未來的月球與深空探測中。該理論還增進(jìn)了人們對太陽系中小天體軌道遷移規(guī)律的理解。星際高速公路令小天體在太陽系中的遷移速度加快，增加了小天體與行星發(fā)生碰撞的概率。據(jù)美國宇航局研究，1994年“蘇梅克—列維9號”彗星就是因?yàn)檫M(jìn)入木星系統(tǒng)拉格朗日點(diǎn)附近的星際高速公路網(wǎng)絡(luò)，最終撞擊木星。星際高速公路的混沌效應(yīng)也增加了小天體軌道預(yù)報(bào)誤差和小天體碰撞概率的不確定性，加大了小天體的監(jiān)測預(yù)警難度，對防御潛在威脅小行星提出了挑戰(zhàn)。

目前，我們對星際高速公路的認(rèn)知仍然有限。小行星是否會搭乘星際高速公路到達(dá)地球?如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)星際高速公路網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的具有潛在威脅的小行星?未來人類能否借助星際高速公路網(wǎng)絡(luò)更快地飛出太陽系?要回答這些問題，科學(xué)家還需要進(jìn)行更深入的研究。

(李明濤 作者為中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員)

關(guān)鍵詞： 宇宙 星際高速公路 太陽系 小天體