黑洞、恒星和流浪行星等大质量物体经常经过我们的太阳系附近。随之而来的彗星风暴可能会摧毁我们。

图片来源：NASA/SOFIA/Lynette Cook

这张富含尘埃和彗星的系外行星系统 Epsilon Eridani 的插图与我们太阳系最初 500-6 亿年的宇宙历史有很多共同点。如果足够大的质量通过我们的奥尔特云，新的“彗星风暴”或“彗星雨”可能会在其尾流中迅速出现。

关键要点

• 当太阳系内的恒星、行星和其他物体在银河系中移动时，每隔一段时间，其中两个就会彼此非常靠近。
• 每当这样的物体靠近我们自己的太阳系时，例如在我们的奥尔特云甚至我们的柯伊伯带内，它都会在引力上扰动我们太阳系外围的大量质量。
• 虽然许多改变的轨道不会对内行星构成威胁，但许多会被冲近太阳，从而在太阳系内形成可能的“彗星风暴”。地球有危险吗？

据估计，尽管仅银河系内就有多达 4000 亿颗恒星，但离我们太阳最近的恒星距离我们的太阳超过 4 光年，那里最外层的物体甚至无法感受到它的引力效应在我们太阳系的奥尔特云中。

但宇宙是一个动态的地方，我们银河系中的每一个质量都由于引力而被迫相对移动。星星彼此擦肩而过，随着时间的推移变得越来越近和越来越远。而且，他们偶尔会经历彼此的近距离接触，这可能会对这些系统中存在的生命造成严重后果。一次这样的遭遇可能会给地球上的我们带来灾难性的后果吗？

“[W]黑洞通过或靠近柯伊伯带甚至奥尔特云并扰乱潜伏在那里的数百亿颗小行星和彗星的轨道从而导致这些物体以一种与大约 40 亿年前发生的类似（尽管没有那么强烈）的猛烈轰击被抛向太阳系内部？”

当然，黑洞可以做到这一点，但这并不是由穿过我们外太阳系的物体引起的“彗星风暴”的最有可能的罪魁祸首。这是我们不太谈论的事情，但也许这是我们应该更加认真对待的潜在灾难场景。

图片来源：NASA/JPL-Caltech

距离的对数图，显示航海者号、我们的太阳系、奥尔特云和离我们最近的恒星：比邻星。在 10 倍的跳跃中，我们从地球轨道到土星轨道，再到航海者一号到内部奥尔特云的距离，再到奥尔特云中间，再到一光年以上。随着时间的推移，恒星和其他物质在银河系中移动，并经常在奥尔特云内经过。

今天，我们认为：

• 太阳距离银河系中心不到 27,000 光年，
• 目前位于银河系主要、密集的旋臂之间，
• 最近的明亮恒星、红矮星和褐矮星距离我们 4-10 光年，
• 并且只有大约 0.1-0.2% 的曾经存在和死亡的恒星变成了中子星或黑洞。

虽然银河系内估计有 4000 亿颗恒星，但我们银河系中只有不到 10 亿个黑洞，而可能有数万亿颗“流浪行星”在银河系中漫游：根本没有母星的行星。这些物体中的大多数不在我们银河系内穿过太阳轨道的轨道上；它们要么太近，朝向银河系凸起，要么太远，甚至远远超过太阳从银河系中心冒险的最远距离。

但相对于彼此而言，我们附近已知的、不受约束的物体相对于我们自己的太阳以每秒几公里到几十公里的速度移动。随着时间的推移，这种引力会使许多物体靠得太近而无法摆脱。

图片来源：Andrew Z. Colvin/Wikimedia Commons

该图显示了以太阳为中心的太阳系之外最近的恒星系统的位置。如果你将半径加倍到你可以看到和测量的范围内，你就会包含八倍的体积，这就是为什么看得更远一点的能力会大大增加你找到非凡事物的机会，即使它是一种罕见的类型您正在寻找的系统。大约每隔几十万年，就会有一颗恒星经过距地球 120,000 AU（略小于 2 光年）的范围内：在估计的奥尔特云大小范围内。

那是因为我们的太阳系不仅仅被描述为：

• 太阳，
• 围绕太阳运行的行星和围绕这些行星运行的卫星，
• 以及小行星带和柯伊伯带，

后者由距离太阳最多约 100 个天文单位 (AU) 或地球-太阳距离的 100 倍的物体组成。

在柯伊伯带的远处，它本身就在我们最后一个主要行星之外，物体的密度急剧下降。当带结束时，它让位于一个漫射的散乱盘状物体，它可以延伸到距太阳数百个天文单位之外。然后，在 1000 AU 多一点的地方，散乱的圆盘开始过渡到内部奥尔特云，它是太阳系形成过程中遗留下来的富含挥发性物质的原始球体集合。奥尔特云虽然非常分散，但也非常巨大，从太阳向各个方向延伸近 2 光年（或约 120,000 个天文单位）。

图片来源： S. Alan Stern, Nature, 2003

正如小行星、柯伊伯带和散落的圆盘将物体储存在储层中一样，在距太阳数千个天文单位的地方也必须有一个富含物体的储层：奥尔特云。这个天体库呈球形分布，大约每几十万年左右就会与恒星和褐矮星发生一次引力碰撞。

尽管柯伊伯带是最著名的周期性彗星的发源地——像哈雷和斯威夫特-塔特尔这样的彗星——但它们之所以最著名，是因为它们在非常人类的时间尺度上一次又一次地返回：时间尺度从几十年到几年不等世纪。虽然已知有几十颗这样的周期性哈雷型彗星，但大多数出现在我们太阳系中的彗星并没有到达远日点，也没有到达柯伊伯带内或附近离太阳最远的点，而是延伸到很远的地方那要远得多。

已知有 100 多颗彗星延伸到分散盘中，位于柯伊伯带和奥尔特云之间。但是已知有数百颗彗星在近抛物线轨道上运行，它们需要几千年甚至几万年才能返回，而已知的最大数量的彗星则在完全双曲线轨道上，它们起源于奥尔特云，随后，当它们离开太阳时，将被完全驱逐出太阳系。因此，大多数已知的彗星并非来自柯伊伯带，而是出于某种原因来自奥尔特云。

图片来源：Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons

围绕太阳的内部和外部奥尔特云的插图。内部奥尔特云呈环状，而外部奥尔特云呈球形。外奥尔特云的真实范围可能小于 1 光年，也可能大于 3 光年；这里存在巨大的不确定性。任何穿过奥尔特云的大质量物体都有很大的机会扰动其附近的物体。

彗星可能从奥尔特云中产生有几个可能的原因。这可能是因为两个奥尔特云天体有一个近距离的引力相遇，甚至彼此擦肩而过，改变了它们的线性和角动量，并将其中一个送入了太阳系内部。这可能是因为某种星际物体，如气体、尘埃、辐射波，甚至压力波与其中一个物体相互作用，改变了它的轨道，并将其送向太阳系内部。

但最常见的原因——至少，据我们所知——可能是由于与一个闯入物体的引力相遇：一颗流浪行星、一颗失败的恒星、一颗真正的恒星或一颗恒星残骸。这些相遇发生的频率比我们之前想象的要频繁得多，而且当这些相遇确实发生时，它们将扰乱几乎每个奥尔特云物体的轨道，它们对它们施加的引力比太阳更大。

作为一个快速的经验法则，“它需要多近”的公式与经过的物体与太阳的质量比的平方根成正比，这意味着：

• 对于太阳质量的闯入者，它只需要和太阳一样近，
• 对于一颗红矮星（约为太阳质量的 10%），它需要距离太阳近三分之一左右，
• 对于木星质量的行星（大约是太阳质量的 0.1%），它需要在距太阳大约 3% 的距离内通过，
• 对于地球质量的行星（大约是太阳质量的 0.003%），它需要在距太阳距离的大约 0.2% 以内通过。

图片来源：E. Siegel

银河系内一颗恒星在距太阳一定距离内经过的频率图。这是一个双对数图，y 轴为距离，x 轴为通常需要等待此类事件发生的时间。黑洞的数量大约是恒星的 1/1000，但褐矮星和流浪行星可能更为常见。

鉴于银河系内恒星的数量以及它们相对于彼此移动的速度，我们可以计算出一颗恒星在奥尔特云内经过的可能性，奥尔特云从太阳延伸约 120,000 个天文单位。也许令人惊讶的是，答案大约是每几十万年一次。如果我们将其扩展到包括流浪行星和褐矮星——尽管这涉及推测实际存在多少此类物体——该频率可能会增加到每几千年一次。虽然近距离接触，

• 通过内部奥尔特云，
• 触摸散落的圆盘，
• 甚至到达柯伊伯带，

可能会越来越少，后者可能在太阳系的历史上什至没有发生过一次，这些巨大的星际质量应该经常遇到并扰乱我们的奥尔特云。

它永远不会产生可与晚期重轰击相媲美的现象，后者应该代表可能持续了我们太阳系历史最初约 6 亿年的连续轰击时期的结束，但它可以产生另一种不那么壮观的现象尽管如此，它仍有机会为地球居民制造灾难：彗星风暴。

图片来源：NASA/JPL-Caltech

在大量物质近距离穿过我们太阳系的奥尔特云之后，最终会发生彗星风暴或彗星雨，届时太阳系内部彗星物体的速度，包括那些对内行星构成危害的物体, 大大超过标准率。

想一想当一个物体穿过奥尔特云时会发生什么。通常，您可以围绕其轨迹绘制一个圆柱体，其半径由其与太阳的质量比的平方根给出。恰好在该圆柱体内的任何奥尔特云物体的轨道都会受到路过的大质量物体的扰动，而且——这是一个关键部分——它偏转的方向，以及被它获得或失去的动能对象，几乎与随机无法区分。

其中一些受扰动的物体将留在奥尔特云中；其他人将被冲入其他奥尔特云物体，产生额外的碎片。还有一些将完全从太阳系中弹出，在那里它们将漂移到星际空间。

但是，这些受扰动物体中的很大一部分，大约在其中的 1-5% 之间，将采用最终将它们带入太阳系内海王星轨道的轨道。其中一些甚至会进入距离太阳 1 个天文单位的范围内，在那里它们对地球构成潜在危害。唯一的问题是有一个延迟反应：从一个大质量物体穿过奥尔特云并对其中的物体产生引力扰动开始，这些扰动物体进入太阳系内部需要大约 200 万年的时间。

图片来源：José A. Peñas/SINC

70,000 年前，一对被称为舒尔茨星的红矮星-褐矮星非常微弱，直到最近才被发现，它穿过了太阳系的奥尔特云。然而，与插图不同的是，它本质上非常微弱，以至于人眼仍然看不到它；今天，它距离我们大约 22 光年。在不久的将来，其他恒星将经过得更近。

重要的是要记住，我们仍在发现那里的低质量物体：

• 最微弱的红矮星和距离我们超过 50-100 光年的红矮星，
• 褐矮星距离我们约有 20 光年远，
• 以及几乎所有质量和距离的流氓行星。

然而，如果我们观察最近的已知恒星并重建它们相对于我们太阳系运动的运动，我们既可以重建恒星最近一次穿过奥尔特云的距离，也可以重建下一次可预测的恒星穿过奥尔特云的距离.

大约 70,000 年前，一个由一颗红矮星（约占太阳质量的 10%）和一颗棕矮星（约占太阳质量的 6%）组成的微弱双星系统在距离太阳 52,000 个天文单位的范围内掠过：不到 1 光年离开并最终在奥尔特云内。这颗恒星被称为Scholz 星或 WISE 0720 0846，它的轨道可能扰动了成千上万个大型（约 1 公里或更大）奥尔特云天体，并且很可能从现在起大约 200 万年后，在一个窗口上方数万年之后，由于这颗恒星的通过，我们将经历穿过太阳系内部的彗星数量显着增加。

图片来源: Corey Powell/Twitter

虽然许多离太阳最近、最亮的恒星将在未来数万到数十万年内靠得更近，但我们可以预测的已知最近的恒星相遇将在未来大约 130 万年发生，届时 Gliese 710 将在大约 10,000 年内经过我们太阳的 AU。它将引发的彗星风暴或彗星雨可能对地球造成严重影响。

但一个更重要的事件出现：大约 130 万年后，相对年轻的恒星Gliese 710（质量约为太阳的 57%）将进入距太阳约 10,000 个天文单位的范围内，从外奥尔特云到内奥尔特云，然后再次返回。鉴于 Gliese 710 的质量比 Scholz 的恒星大得多，我们可以真正期待在这颗恒星经过时发生所谓的“彗星风暴”或“彗星雨”。

在 2016 年对 Gliese 710 的分析中，天文学家 Filip Berski 和 Piotr A. Dybczyński 确定这颗恒星与我们奥尔特云的未来相遇将成为我们太阳系有记录和可预测的未来历史上最具破坏性的相遇。由于这次相遇，发生重大撞击事件的风险将显着增加，并可能在地球夜空中引发前所未有的景象：在许多时期内，每个月大约有一颗可见的肉眼可见彗星的最大峰值几千年来。

图片来源：John Vermette/麻省理工学院新闻

这颗彗星于 2015 年拍摄，亮度足以达到 +4 等：即使在相当光污染的条件下，肉眼也能看到。虽然地球目前每年经历不到一颗肉眼可见的彗星，但彗星雨可以将这一速度提高 10-100 倍甚至更多，具体取决于经过的物体对奥尔特云的扰动程度。

尽管黑洞比我们所知的恒星和褐矮星质量更大，它们会对我们的太阳系造成严重破坏，但它们要少得多，而且附近的黑洞（1000 光年以内）是未知的。黑洞穿过奥尔特云的几率比恒星穿过它的几率小 1000 倍左右，因此这些事件很可能在我们太阳系 45 亿年的历史中发生过几次，但可能性不大那些早期事件留下的威胁地球轨道上的任何彗星。

但是，恒星、褐矮星，甚至是流浪行星穿过我们的奥尔特云，然后在几百万年后，太阳系内部的行星经历潜在的灾难性后果的风险非常真实。

一个发人深省的想法是，大约 200 万年前穿过我们太阳系的低质量恒星和褐矮星现在离我们太远了——几百光年——以至于它们不再被探测到以现在的天文技术。在不久的将来，我们将经历一系列没有确定原因的彗星雨，这非常有可能，而且那些受扰动的奥尔特云天体已经在路上了。只有时间和改进的观测才能使我们能够量化大质量物体穿过太阳系外围对地球造成的真正风险。