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柯伊伯带

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柯伊伯带(Kuiper Belt)位于太阳系的尽头,其名称源于荷兰裔美籍天文学家柯伊伯。早在上世纪50年代,柯伊伯就预言,在王星轨道以外的太阳系边缘地带,充满了冰封的物体,它们是原始太阳星云的残留物,也是短周期彗星的来源地。

1992年,人们找到了第一个柯伊伯带天体;如今已有约1000个柯伊伯带天体被发现,直径从数千米到上千公里不等。许多天文学家认为,由于冥王星的个头和柯伊伯带中的小行星大小相当,所以冥王星应该被排除在太阳系行星之外,而归入柯伊伯带小行星的行列当中,而冥王星的卫星则应被视作其伴星。不过,因冥王星是在柯伊伯带理论出现之前被发现的,所以传统上仍被认为是行星。无论如何,柯伊伯带的存在现已是公认的事实,但柯伊伯带为什么会存在等种种疑问成为太阳系形成理论的许多未解谜团的一部分。

柯伊伯带


伊伯带是现时我们所知的太阳系的边界,是太阳系大多数彗星的来源地。有天文学家认为,由于冥王星的大小和柯伊伯带的小行星的大小相约,所以冥王星应该排除在九大行星之列,而归入柯伊伯带小行星的行列当中;而冥王星的卫星则应被当作是冥王星的伴星。

国际天文学联合会大会投票5号决议,部分通过新的行星定义,冥王星被排除在行星行列之外,而将其列入“矮行星”。自此,九大行星已经成为历史,虽然教科书已经印刷的不做更改,但科学上已经为“八大行星”。

国际天文学联合会第26届大会刚刚通过了新的行星定义,根据决议,冥王星被从太阳系九大行星中“除名”后,为表示该含义建议将其中文译名改为冥神星,以体现低于天王星、海王星,而与谷神星、婚神星等同属矮行星的含义。

在距离太阳 40~50个天文单位 的位置,低倾角的轨道上,过去一直被认为是一片空虚,太阳系的尽头所在。但事实上这里满布着径从数公里到上千公里的冰封物体,热闹无比,就是柯伊伯带。柯伊伯带上的这些物体是怎么成形的呢?如果按照行星形成的吸积理论来解释,那就是他们在绕日运动的过程中发生碰撞,互相吸引,最後黏附成一个个大小不一的天体,形成现在的样子。

柯伊伯带是现时我们所知的太阳系的边界,是太阳系大多数彗星的来源地。有天文学家认为,由于冥王星的大小和柯伊伯带的小行星的大小相约,所以冥王星应该排除在太阳系的行星之外,而归入柯伊伯带小行星的行列当中;而冥王星的卫星则应被当作是其伴星。

黄色点环为柯伊伯带1950 年代,柯伊伯 (Kuiper) 和 埃吉沃斯 (Edgeworth) 预测在海王星的轨道以外,充满了微小冰封的物体,他们是原始太阳系星云的残存物质,也是短周期彗星的来源地。1992 年,人们找到第一个柯伊伯带天体;如今大约有 1000 个柯伊伯带天体被发现的纪录,而且有许多天文学家认为,冥王星应该也是柯伊伯带的一份子,只是冥王星在柯伊伯带理论出现前就已经被发现,所以才被认为是行星。无论如何,柯伊伯带的存在已是公认的事实,但柯伊伯带为什么会存在等种种疑问却也成为太阳系形成理论的许多未解谜团。

可是这个理论有个致命的问题:如果在柯伊伯带目前的位置,要形成直径上千公里的天体,那么柯伊伯带上物体的总质量至少要是地球质量的 10 倍以上,可是目前推估的柯伊伯带总质量,不过只有地球质量的十分之一,其他 99% 的质量,难道凭空消失了?

为了解开这个谜团,几年来陆续有好几个理论出现,可惜它们都有一些明显的限制。如今,美国西南研究院 (SwRI,Southwest Research Institute) 的 Dr. Harold Levison 以及法国 de la Cote d'Azur 天文台的 Dr. Alessandro Morbidelli 共同提出了一个理论,认为柯伊伯带天体是在距离太阳更近的位置成形後,再被海王星一个个甩出去的,因此躲开了柯伊伯带总质量不足的问题。

20 年前,科学家就已经知道行星的轨道会飘移,特别是天王星海王星,更是从成形之後就已经逐渐向外移动。Levison 和 Morbidelli 提出的理论模型认为,太阳系原始星云有一个过去并不晓得的边界,大概就是现在海王星的位置,也就是距离太阳约 30AU 的地方。在这个范围内,各个行星、卫星、小行星、彗星以及现在柯伊伯带上的天体都有足够的质量得以碰撞吸积成形,而在这个范围以外,就是空无一物的太空。当这些大天体成形并逐渐向外移动的时候,柯伊伯带上的天体也被带着往外迁移,然後当海王星碰到太阳系原始星云的边界後,它不得不停下来,因此才会停留在现在的轨道上。至于这些柯伊伯带上的天体,就在海王星迁移的最後一个阶段,逐渐被甩出去而形成。

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