拦截星际物体可以将短暂的遭遇转化为意义深远的科学机会。
2017 年末，一个神秘物体以极快的速度撕裂了我们的太阳系。天文学家争先恐后地使用世界上最强大的望远镜来观察这个快速移动的天体。人们发现它有四分之一英里（400 米）长，而且非常细长——长度可能是宽度的 10 倍。研究人员将其命名为“Oumuamua”，夏威夷语中“侦察兵”的意思。
“Oumuamua 后来被证实是来自另一颗已知访问过我们太阳系恒星的第一个物体。虽然这些星际物体（ISO）起源于恒星周围，但它们最终成为宇宙游牧者，在太空中徘徊。它们本质上是行星弹片，是由于灾难性事件（例如行星物体之间的巨大碰撞）从母恒星系统中炸出的。
天文学家表示，“Oumuamua 在与我们的太阳系相遇之前可能已经在银河系中旅行了数亿年。”这次意外访问仅仅两年后，第二颗 ISO 彗星——鲍里索夫彗星——被发现，这次是由克里米亚的一位业余天文学家发现的。这些天体闯入者让我们得以一睹来自太阳系以外遥远地方的物质。
但如果我们能做的不仅仅是看着它们飞过呢？
近距离研究ISO将为科学家提供难得的机会来更多地了解遥远的恒星系统，因为距离太远，无法向其发送任务。
仅在银河系中就可能有超过 10 个七位数（或 10 个有 24 个零）的 ISO。但既然有这么多，为什么我们只看到了两个呢？简而言之，我们无法准确预测它们何时到达。像“Oumuamua”这样的大型 ISO 更容易被探测到，但它们似乎并不经常访问太阳系，而且它们的飞行速度令人难以置信。
地基和天基望远镜很难对传入的 ISO 做出快速响应，这意味着我们主要是在它们穿过我们的宇宙邻居后才观察它们。然而，创新的太空任务可以通过利用人工智能（AI）的突破来引导航天器安全地到达未来的访客，从而使我们更接近像“Oumuamua”这样的物体。靠近意味着我们可以更好地了解它们的成分、地质和活动，从而深入了解其他恒星周围的条件。
用于接近空间碎片的新兴技术可以帮助接近其他不可预测的物体，将这些短暂的遭遇转化为深刻的科学机会。那么我们如何才能接近呢？ ISO 以平均每秒 32 公里的速度掠过地球，我们的航天器在检测到它们后只有不到一年的时间来尝试拦截它们。追赶并非不可能——例如，可以通过重力弹弓机动来实现。然而，这很困难，成本高昂，而且需要数年时间才能实施。
好消息是，第一波 ISO 搜寻任务已经开始：美国宇航局的任务概念称为“桥梁” ，欧洲航天局 (ESA) 的任务称为“彗星拦截器” 。一旦识别出传入的 ISO，Bridge 就会离开地球拦截它。然而，目前从地球发射需要在检测后有30天的发射窗口，这将花费宝贵的时间。
彗星拦截器任务计划于 2029 年发射。 ESA / ATG 根据与 ESA 签订的合同进行的工作， CC BY-SA
彗星拦截器计划于 2029 年发射，由一个更大的航天器和两个较小的机器人探测器组成。一旦发射，它将在距离地球一百万英里的地方等待，准备伏击一颗长周期彗星（来自更远的较慢的彗星）——或者可能是一颗 ISO。将航天器放置在“存储轨道”中可以在检测到合适的 ISO 时快速部署。
星际研究所的另一项提案“天琴座计划”评估了追踪“Oumuamua”的可行性，“Oumuamua”已经远远超出了海王星的轨道。他们发现理论上可以追上该物体，但这在技术上也非常具有挑战性。
快速与好奇
这些任务只是一个开始，但正如所描述的， 它们最大的限制是速度。为了追赶像“Oumuamua”这样的 ISO，我们需要更快地行动，并且更聪明地思考。
未来的任务可能依赖于尖端人工智能和深度学习等相关领域——旨在模仿人脑的决策能力——来实时识别和响应传入的物体。研究人员已经在测试以协调“群”方式运行的小型航天器，使它们能够从多个角度对目标进行成像并适应飞行中的情况。
在智利的维拉·C·鲁宾天文台，一项为期十年的夜空观测即将开始。这项天文调查预计每年会发现数十个 ISO。模拟表明我们可能正处于检测热潮的风口浪尖。
一旦发现物体，任何航天器都需要达到高速，并确保其能源不会退化，这可能需要在“存储轨道”中等待数年。许多任务已经使用了一种称为太阳帆的推进形式。
它们利用轻质反射帆上的阳光来推动航天器穿过太空。这将消除对重型燃料箱的需要。下一代太阳帆航天器可以在帆上使用激光来达到更高的速度，与核推进等其他未来燃料相比，这将提供灵活且低成本的解决方案。
智利的维拉鲁宾天文台应该会发现更多的星际物体。 RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/Y。赛亚德
接近 ISO 的航天器还需要承受高温，并可能承受物体移动时喷出的灰尘的侵蚀。虽然传统的屏蔽材料可以保护航天器，但它们会增加重量并可能减慢航天器的速度。
为了解决这个问题，研究人员正在探索轻质、更耐用和耐用材料的新技术，例如先进的碳纤维。有些甚至可以3D打印。他们还在研究软木和陶瓷等传统材料的创新用途。
需要一套不同的方法，包括地面望远镜和天基任务，共同努力预测、追踪和观察 ISO。
新技术可以让航天器本身识别和预测进入物体的轨迹。然而，美国空间科学的潜在削减，包括詹姆斯·韦伯太空望远镜等天文台的削减，威胁到了这一进展。
必须拥抱新兴技术，才能真正实现与 ISO 的接触和会合。否则，我们将只能在另一位宇宙漫游者飞驰而去时，忙着从远处拍照。
披露声明：
Billy Bryan 在兰德欧洲从事由英国航天局和 DG DEFIS 资助的项目。他隶属于兰德欧洲太空中心，是民用太空主题的负责人，是苏塞克斯大学学生会的受托人，以及 Rocket Science Ltd. 的顾问。
Chris Carter 在兰德欧洲从事由英国航天局和 DG DEFIS 资助的项目。他隶属于兰德欧洲太空中心，是民用太空主题的研究员。
Theodora (Teddy) Ogden 是兰德欧洲公司的高级分析师，主要研究太空国防和安全问题。她此前曾是亚利桑那州立大学的研究员，此前曾在北约短暂任职。
本文根据知识共享许可从The Conversation重新发布。阅读原文。