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  宇宙也有“高速公路”(科技大观)

  据国际学术期刊《科学进展》日前报道,科学家在太阳系中发现了新的星际“高速公路”。小天体可以“借道”星际高速公路,用几十年时间完成从小行星带到海王星之外的轨道迁移,此前学术界普遍认为该迁移过程需要几十万至百万年时间。

  在宇宙中航行,离不开引力,也藏有“高速公路”。星际高速公路,就是太阳系中一系列相互连接的空间流形管道构成的超级运输网络。这些空间流形管道与太阳系天体的拉格朗日点密切相关。不同天体附近的流形管道在空间中可以相互连接,由此形成庞大的星际高速公路网络。在星际高速公路网络上运行的物体,无需消耗任何燃料便可从太阳系一处转移到另一处。

  早在1997年,美国科学家就利用星际高速公路理论,为“创世纪号”航天器设计了低能量转移轨道。该航天器在从2001年发射后到返回地球的过程中,几乎没有消耗任何燃料。2011年,中国“嫦娥二号”探月卫星完成任务后,利用剩余不多的燃料“搭乘”星际高速公路飞向日地系统第二拉格朗日点,成为世界上第一个从月球飞向日地系统第二拉格朗日点的深空探测器。

  星际高速公路虽不是新理论,但它在太阳系小天体快速轨道运输中发挥的重要作用却是首次被发现,颠覆了人们对小天体轨道迁移速度的认知,也表明当今太阳系仍然处在快速演化的过程中。作为太阳系中引力最强的行星,木星附近的流形管道对太阳系中小天体的快速轨道迁移起主导作用,是太阳系星际高速公路网络中的“霸主”。小天体可以沿着流形管道抵达木星附近,在木星强大引力作用下,要么被木星俘获,要么被木星弹出到海王星轨道之外,甚至弹出太阳系,成为进入恒星际空间的流浪天体。

  当然,其他星系也存在类似的星际高速公路,让一些“不速之客”造访太阳系。2017年,人类发现了首颗闯入太阳系的星际访客“奥陌陌”;2020年,第二颗星际访客“鲍里索夫”被发现。它们的到来很有可能与其母星的星际高速公路网络有关。

  星际高速公路理论为设计创新的空间任务轨道方案提供了基础,有望进一步应用于未来的月球与深空探测中。该理论还增进了人们对太阳系中小天体轨道迁移规律的理解。星际高速公路令小天体在太阳系中的迁移速度加快,增加了小天体与行星发生碰撞的概率。据美国宇航局研究,1994年“苏梅克—列维9号”彗星就是因为进入木星系统拉格朗日点附近的星际高速公路网络,最终撞击木星。星际高速公路的混沌效应也增加了小天体轨道预报误差和小天体碰撞概率的不确定性,加大了小天体的监测预警难度,对防御潜在威胁小行星提出了挑战。

  目前,我们对星际高速公路的认知仍然有限。小行星是否会搭乘星际高速公路到达地球?如何及时发现星际高速公路网络上运行的具有潜在威胁的小行星?未来人类能否借助星际高速公路网络更快地飞出太阳系?要回答这些问题,科学家还需要进行更深入的研究。

  李明涛

  (作者为中国科学院国家空间科学中心研究员)

【编辑:董家秀】
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