Ниже — перечень основных физических механизмов, которые обсуждали для объяснения нетривиального ускорения ‘Оумуамуа, и конкретные эмпирические тесты/оценки для каждой гипотезы.
1) Выбросы вещества (outgassing, сублімація)
- Механизм: реактивная тяга от струй газа/пылевых частиц создаёт дополнительное ускорение и крутящий момент.
- Тесты и признаки:
- Спектроскопия: поиск эмиссионных линий (CN, OH, H2O, CO, CO2) в видимом/ближнем ИК/радио; детекция газовых радикалов или OH указывает на водяную / углеводородную активность.
- Изображения/фото: наличие комы/пылевого хвоста в глубоких снимках.
- Фотометрия/спин: измерение изменения периода вращения (торки) или дрейфа ориентации, корреляция между изменениями света и ускорением.
- Количественная оценка требуемой скорости истечения: связь между ускорением и массовой потерей
$$a=\frac{\dot{M}{v}_{\mathrm{ej}}}{m}\Rightarrow \dot{M}=\frac{am}{v_{\mathrm{ej}}},$$ где $a$ — наблюдаемое ускорение, $m$ — масса тела, $v_{\mathrm{ej}}$ — скорость выброса. Если требуемая $\dot{M}$ противоречит предельным чувствительностям наблюдений (то есть слишком велика при отсутсвии комы/линий), гипотеза слабеет.
- Временная зависимость: модель сублімації обычно даёт специфическое расстояние-зависимое поведение $a(r)$ (например для водяного льда — быстро убывает с ростом $r$); несоответствие наблюдаемому $a(r)$ — аргумент против.
2) Давление солнечного света (radiation pressure)
- Механизм: импульс фотонов оказывает силу на объект; требует большой площадь/масса (высокое отношение площадь/масса).
- Формула ускорения:
$$a_{\mathrm{rad}}=\frac{L_{\odot }}{4\pi r^{2}c}\frac{C_{\mathrm{pr}}A}{m},$$ где $L_{\odot }$ — солнечная светимость, $r$ — расстояние до Солнца, $c$ — скорость света, $C_{\mathrm{pr}}$ — коэффициент отдачи (~1–2), $A$ — эффективная площадь, $m$ — масса. Отсюда
$$\frac{A}{m}=\frac{4\pi r^{2}ca}{C_{\mathrm{pr}}{L}_{\odot }}.$$ - Тесты и признаки:
- Зависимость $a\propto r^{-2}$. Измерить закон изменения ускорения с $r$.
- Отсутствие следов сублімації: сильный плюс для radiation pressure — нет комы/линий.
- Фотометрия/поляриметрия: высокая отражающая способность или необычная фаза-функция указывает на тонкую/блистающую структуру; очень большой амплитудный световой модуль может указывать на плоскую/тонкую форму.
- Тепловые (ИК) наблюдения: измерение температуры/излучения даёт оценку площади и альбедо; при известном $A$ можно получить верхнюю границу массы $m$ и проверить требуемое $A/m$.
- Если требуемое $A/m$ экстраординарно велико (что для ‘Оумуамуа обычно приводило к гипотезе «тонкого паруса»), то поиск тонких структур в поляризации/спектре и моделирование устойчивости к торсиям/фрагментации.
3) Аэродинамические/плазменные эффекты (солнечный ветер, взаимодействие с межпланетной средой)
- Механизм: давление частиц солнечного ветра или магнитное/плазменное взаимодействие может передавать импульс; также взаимодействие с тонкой атмосферой (неприменимо в СС).
- Тесты и признаки:
- Зависимость от параметров солнечного ветра: измеряемая корреляция между изменениями ускорения и данными о плотности/скорости солнечного ветра (использовать наблюдения зонда/модели).
- Поиск плазменных признаков: радиоизлучление, ионизованные хвосты, взаимодействие с магнитным полем (Наблюдения в НЧ-радио, UV/оптич. эмиссия ионизированных видов).
- Количественная оценка: сравнить давление солнечного ветра $P_{sw}\sim n{m}_p{v}_{sw}^2$ с фотонным давлением $P_{\mathrm{rad}}=L_{\odot }/(4\pi r^{2}c)$. Для межпланетных условий давление частиц обычно ниже фотонного, так что необходимость сильного плазменного эффекта — экзотично.
- Если эффект варьирует с локальными вспышками/корональными выбросами, искать синхронность с Солнцем.
4) Нетривиальная форма, неоднородное отражение и смещение центра света
- Механизм: сложная геометрия (плоский/листовой объект, экстремально вытянутый или сильно неровная поверхность) и/или состояние «тumbling» (непринципиальное вращение) может приводить к:
- изменению эффективной поперечной площади (влияет на радиационное давление),
- оптическому смещению центра яркости относительно центра масс, что даёт систематические астрометрические ошибки, маскирующиеся под ускорение,
- асимметричным отражениям/рассеянию, приводящим к видимому вектору силы.
- Тесты и признаки:
- Детальная фотометрия и моделирование световой кривой: проверить совместимость световой кривой с моделями формы (двухосный параллелепипед, лист, тонкая пластина). Непрерывный "тumbling" даёт непериодическую, но моделируемую кривую.
- Сопоставление астрометрических остатков с фоторельефом: ищите корреляцию между изменениями яркости и направлением/величиной расхождения орбиты (если центро-оптический эффект — зависимость от фазы/ориентации).
- Мультиспектральные наблюдения: разная фаза-функция в разных длинах волн укажет на неоднородность поверхности.
- Моделирование устойчивости: проверить, возможно ли при данной прочности и структуре поддерживать форму, требуемую для наблюдаемого эффекта.
- Высокое отношение длина/толщина можно косвенно подтвердить через поляриметрию и поведение света при больших фазовых углах.
5) Комбинированные или экзотические механизмы
- Возможность сочетания вышеперечисленного (например слабое аутгassing + влияние radiation pressure).
- Тест: многокомпонентный фит траекторий с параметризацией $a(r,t)$ из разных источников и сравнение с наблюдаемыми резидуалами; совместный анализ спектра, ИК, фотометрии, поляриметрии и астрометрии.
Практический план проверки гипотезы для будущих подобных объектов:
- Немедленные глубокие спектроскопические и ИК-наблюдения для обнаружения газов/теплового излучения.
- Точная многопозиционная астрометрия и мониторинг изменения ускорения с $r$ и временем.
- Высококадровая фотометрия для реконструкции вращения и формы; поляриметрия для структуры поверхности.
- Сопоставление с данными о солнечном ветре/солнечной активности.
- Применение формул выше для вычисления требуемых $\dot{M}$ или $A/m$ и сравнение с пределами наблюдаемости.
Пример порядка величин: наблюдаемое аномальное ускорение было порядка
$$a\sim 10^{-6}\text{–}10^{-5}\mathrm{m}{\mathrm{s}}^{-2},$$ что для radiation pressure требует очень большого $\frac{A}{m}$, а для outgassing — определённой $\dot{M}$, которую можно проверить спектроскопически.