拉玛:穿过太阳系的星际飞船是怎么回事
一个沿双曲轨道穿过太阳系的星际天体,会让人类追上去吗?这一页讲星际天体的真实观测与游戏设定的区别。
真实世界已经见过三个穿过太阳系的星际过客:2017 年的奥陌陌、2019 年的鲍里索夫、2025 年的 3I/ATLAS,它们都是自然天体。游戏里的“拉玛”则是一个设想:如果这一次来的是一个长约 50 千米的圆柱,会发生什么?
这一页把两件事分开:先讲真实的星际天体和人类追赶它的尝试,再讲让圆柱里有“重力”的物理学,最后才是游戏设想的情节。拉玛本身是虚构的。
真实的星际过客
- 奥陌陌:被发现时已经过了近日点,人类只来得及观测约两个半月,连它到底长什么样都没有定论。
- 3I/ATLAS:相对太阳的速度约每秒 58 千米。有研究估计它的年龄在 76 亿到 140 亿年之间,可能比太阳系还老。
- 非引力加速:2018 年的分析发现,奥陌陌离开太阳时有一点额外的加速,却看不到彗发。2023 年的一种解释是:冰里的氢在宇宙射线照射下积累,受热后悄悄逸出。
奥陌陌飞走后,有人提出“莱拉计划”,研究怎样发射探测器去追它:它已经太快了,只能借木星或太阳的引力加速。要弄清一个星际天体从哪来也很难:从轨道反推它的来源非常困难,几百万年里,恒星自己也在移动。
圆柱里的“重力”
- 自转重力:让圆柱自转,就能在内壁上产生“重力”。1970 年代,物理学家奥尼尔认真设计过这样的太空城。
- 中央平原:在旋转的圆柱里,抬头看到的“天空”是对面的地面。
- 柱状海:在旋转的圆柱里,水会铺成一圈环绕内壁的带子。
推进与机器
已知的推进方式都要向后抛出东西,这是动量守恒,所以“无反冲推进”在现实中没有已知的做法。另一个常见的设想是能自我复制的机器,冯·诺依曼设想过,自复制探测器是费米悖论讨论里的常客。
游戏里的设想
下面是游戏设定。通道讲的是巡天望远镜在小行星带外侧发现一个双曲轨道的天体,它不属于太阳系,而且很快就会离开,结果是一个长约 50 千米的圆柱。发现条件是星际文明时代完成“小行星采矿”。机制是限时窗口:它只在太阳系停留约 30 小时,没探索完的地方,这个宇宙里就再也看不到了,每个第一次发现的地方,都会留下一块跨宇宙保留的“科技碎片”。
在设想里,探索者会遇到自转轴一端的气闸、规则的沟渠和几何图案、环绕内壁的光带、一圈不结冰的海、没有门窗的建筑、清理地面的机器,以及一张标出来路的星图。它每 4 分钟转一圈,内壁上的重力约是地球的 0.6 倍。它在离开前改变了轨道,却什么也没有抛出;它没有船员,也许本来就不需要;目的地也不是太阳系。通道只有一个结局“它走了”:它带着人类没看完的秘密离开,速度没有一点变化。这些全是游戏设定,不是真实观测。
相关的小说
- 《与拉玛相会》(阿瑟·克拉克,1973 年):2017 年的奥陌陌、2019 年的鲍里索夫和 2025 年的 3I/ATLAS 是真实的星际来客,都是自然天体。小说本身讲一个巨大的圆柱体闯进太阳系,人类派出飞船登上去探索,却始终没见到它的主人。
相关的真实研究
下面这些研究和小天体、陨石、星际空间有关,是和拉玛主题相关的真实科学,并不是拉玛这个设想的依据。
- 巨行星轨道的一次剧烈调整,把大量小天体甩向内太阳系,造成了后期重轰炸(Gomes、Levison、Tsiganis 与 Morbidelli,《Nature》2005)。
- 用陨石中的铅同位素测出地球约 45.5 亿岁(Patterson,《Geochimica et Cosmochimica Acta》1956)。
- 陨石中的铝-26 衰变产物说明,太阳系诞生时附近刚有恒星死亡(Lee、Papanastassiou 与 Wasserburg,《The Astrophysical Journal Letters》1977)。
- 默奇森陨石里发现了非地球来源的氨基酸,生命的原料在宇宙中可能很常见(Kvenvolden 等,《Nature》1970)。
- 墨西哥尤卡坦半岛地下埋着一个直径约 180 公里的陨石坑,是小行星撞击留下的(Hildebrand 等,《Geology》1991)。
- 旅行者 1 号测到的粒子变化显示,它已离开太阳风的势力范围,进入星际空间(Stone 等,《Science》2013)。
真实依据
外壳:奥陌陌被发现时已经过了近日点,人类只来得及观测约两个半月,连它到底长什么样都没有定论。
双曲轨道:3I/ATLAS 相对太阳的速度约每秒 58 千米。有研究估计它的年龄在 76 亿到 140 亿年之间,可能比太阳系还老。
追赶计划:奥陌陌飞走后,有人提出「莱拉计划」,研究怎样发射探测器去追它:它已经太快了,只能借木星或太阳的引力加速。
自转重力:让圆柱自转,就能在内壁上产生「重力」。1970 年代,物理学家奥尼尔认真设计过这样的太空城。
中央平原:在旋转的圆柱里,抬头看到的「天空」是对面的地面。
非引力加速:2018 年的分析发现,奥陌陌离开太阳时有一点额外的加速,却看不到彗发。2023 年的一种解释是:冰里的氢在宇宙射线照射下积累,受热后悄悄逸出。
柱状海:在旋转的圆柱里,水会铺成一圈环绕内壁的带子。
生物机器:冯·诺依曼设想过能自我复制的机器;自复制探测器是费米悖论讨论里的常客。
星图:从轨道反推一个星际天体的来源非常难:几百万年里,恒星自己也在移动。
无反冲推进:已知的推进方式都要向后抛出东西,这是动量守恒。
《与拉玛相会》(阿瑟·克拉克,1973 年)的科学背景:2017 年的奥陌陌、2019 年的鲍里索夫和 2025 年的 3I/ATLAS 是真实的星际来客,都是自然天体。
相关研究
这些研究和本页主题相关,但不是本页内容的直接证明。
尼斯模型:巨行星轨道的一次剧烈调整,把大量小天体甩向内太阳系,造成了后期重轰炸。
出处:Gomes, Levison, Tsiganis & Morbidelli, Nature 2005, "Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets"
地球的年龄:帕特森用陨石中的铅同位素测出地球约 45.5 亿岁。为了消除铅污染,他后来推动了含铅汽油的禁用。
出处:Patterson, Geochimica et Cosmochimica Acta 1956, "Age of meteorites and the earth"
铝-26 之谜:陨石中的铝-26 衰变产物说明,太阳系诞生时附近刚有恒星死亡。
出处:Lee, Papanastassiou & Wasserburg, The Astrophysical Journal Letters 1977, "Aluminum-26 in the early solar system: Fossil or fuel?"
太空中的氨基酸:默奇森陨石里发现了非地球来源的氨基酸,生命的原料在宇宙中可能很常见。
出处:Kvenvolden et al., Nature 1970, "Evidence for extraterrestrial amino-acids and hydrocarbons in the Murchison meteorite"
找到撞击坑:墨西哥尤卡坦半岛地下埋着一个直径约 180 公里的陨石坑,恰好是那颗小行星留下的。
出处:Hildebrand et al., Geology 1991, "Chicxulub Crater: A possible Cretaceous/Tertiary boundary impact crater on the Yucatán Peninsula, Mexico"
走出日球层:旅行者 1 号测到的粒子变化显示,它已离开太阳风的势力范围,进入星际空间。
出处:Stone et al., Science 2013, "Voyager 1 observes low-energy galactic cosmic rays in a region depleted of heliospheric ions"
游戏设定(虚构)
- 节点「气闸」:自转轴的一端有一圈气闸,一层套一层,像是在等人。
- 节点「自转重力」:它每 4 分钟转一圈,内壁上的重力约是地球的 0.6 倍。
- 节点「中央平原」:平原上有规则的沟渠和整齐的几何图案。
- 节点「光带」:六条长长的光带同时亮起,照亮了整个内部。
- 节点「柱状海」:一圈不结冰的海,把圆柱拦腰分成两半。
- 节点「无人的城市」:海的两岸有许多没有门窗的建筑,排列得像电路板。
- 节点「生物机器」:像螃蟹又像机器的东西在清理地面,对来访者视而不见。
- 节点「南极尖角」:南端立着一根巨大的尖角,周围还有六根小的。它们在充电。
- 节点「星图」:一面墙上浮现出一张星图,标出了它的来路。
- 节点「无反冲推进」:它在离开前改变了轨道,却什么也没有抛出。
- 节点「船员」:没有船员。也许它本来就不需要。
- 节点「目的地」:它在这里补充了一点能量,然后继续赶路。目的地不是太阳系。
- 通道结局「它走了」:它带着人类没看完的秘密离开了太阳系,速度没有一点变化。下一个宇宙里,它还会在同一个时刻经过。
- 小说《与拉玛相会》概述:一个巨大的圆柱体闯进太阳系,人类派出飞船登上去探索,却始终没见到它的主人。它只是路过。