奥尔特云 太阳系边疆传奇——柯伊伯带与奥尔特云

科学家们在太阳系的前沿发现了一个又一个令人惊叹的天体。当人们无休止地争论自己是否是太阳系的行星时，有没有想过:天体是如何一个接一个地出来的？在黑暗、寒冷、偏远的地方发生了什么？现在，科学家们正在用他们的智慧在遥远的边疆进行艰难的跋涉。

在纷繁复杂的宇宙Tai 空中，有一个美丽的地方，看似颇有规律，却让人惊叹于天上造物的精巧。那是由太阳和它的九颗不同性格的行星组成的家园。它的内层装饰着小行星带的丝边，外层飘扬着柯伊伯带的水晶花边，外层更远。它是一个广阔的元业。太阳的万有引力好像已经失去了，但是。

彗星之谜通向隐藏的角落

长期以来，来去匆匆、形状奇特的彗星一直是太阳系的谜。著名的哈雷彗星在大约76年的时间里围绕太阳旋转，其最大直径只有十几公里。每次接近太阳都会被蒸发掉，失去很多质量。我们相信哈雷彗星将在几千年后消失在太阳附近。彗星是太阳系的早期产物。太阳诞生后，几十亿年过去了，那些围着太阳转了几十年甚至几百年的彗星应该已经蒸发消失了。然而，几千年来，人类一直在不断发现彗星造访太阳系内部。这些彗星来自哪里？这真是一个谜。

1951年，美国天文学家柯伊伯提出了这样一个解释:在离太阳30个天文单位到100个天文单位之间，有许多尘埃冻结体围绕太阳运行，它们的轨道面类似行星。但偶尔也会有物体受到外来行星或恒星的引力干扰，从原来的轨道飞向太阳。在内层穿越海王星的轨道时，进一步受到海王星引力的影响，成为进入太阳系内层的彗星。30-100个天文单位之间的区域是这些短彗星在革命时期的故乡，它不断发出它的漫游者。从此这个区域被称为柯伊伯带，冥王星的平斜轨道也插入到这个区域。

这是对短彗星在革命时期的完美解释。遗憾的是，很长一段时间以来，这个假想的柯伊伯带除了冥王星之外，没有观测到任何天体，冥王星似乎是太阳能的末日。

直到1992年，两个不相信外太阳系是完全空的美国天文学家裘德威特和鲁布斯，终于发现了第一个柯伊伯带天体-1992年QB1。1992年，QB1直径只有200公里左右，离太阳的平均距离为43个天文单位，公转周期为291年。

边境地区非常热闹

1992年QBL的发现启发了渴望在太阳系中发现新行星的天文学家。柯伊伯带从一个想象的地带变成了现实，成为全世界天文望远镜的焦点。从1992年到2002年10月，陆续发现了600多个柯伊伯带天体，直径从50公里到1200公里不等。最大的一个是2002年发现的柯伊伯带天体，叫做夸欧尔，但它的直径只比冥王星的一半多一点。据天文学家统计，距离太阳30到50个天文单位的柯伊伯带中，可能有10万个直径超过100公里的柯伊伯带天体。如果它们的质量加起来，它们可以形成一颗大行星，其质量是地球的十分之一。因此，人们仍然期望用望远镜捕捉到一个更大的柯伊伯带物体。

期待不跌空。今年2月20日，来自加州MT学院和耶鲁大学的行星科学家发现了一个新的柯伊伯带天体，暂时命名为2004 DW。经计算，距地球约70亿公里，直径1400至1600公里，比2002年末发现的夸欧尔大数百公里，从而成为天文史上新的柯伊伯带天体冠军。

刚出生的柯伊伯带天体冠军的记录在不到一个月后的3月15日被改写。NASA 空宣布他们发现了一个更大的柯伊伯带天体，看起来比火星更红。这个新的天体被命名为塞德娜。Sedna直径约2000公里，可能由冰和岩石组成，比冥王星略小。这是自74年发现冥王星以来太阳系发现的最大物体。

Sedna有一个非常平坦的水平椭圆轨道，这是迄今为止发现的最典型的柯伊伯带天体。绕太阳一周大约需要10500年。上次塞德娜回来的时候，地球正在经历最后一次冰河时代，但是下次塞德娜回来的时候，地球的样子已经变了。由于距离太阳太远，塞德纳的气温全年都不会高于-200℃。发现者、加州理工学院的天文学家布朗指出，如果从遥远的塞德娜山看太阳，太阳将不再像照耀在地球上的金轮，而是小到只用一根针就可以完全覆盖。布朗的团队已经获得了间接证据，证明Sedna周围可能还有一颗小卫星。

柯伊伯带天体成员

随着柯伊伯带越来越多天体的发现，天文学家开始分析这些天体的特征。

柯伊伯带的物体有两种:经典的和分散的。大多数柯伊伯带天体都是经典的，它们的外边界距离太阳约50个天文单位。经典的柯伊伯带天体没有受到其他恒星的撞击和扰动，是太阳系冷却气体云盘自发凝结的结果，因此其轨道偏心率很小，接近圆形。此外，他们的轨道倾角很大，最大倾角可以超过30度。冥王星倾斜17度，常被认为是经典的柯伊伯带天体。目前有两种假说可以解释它们倾斜的原因:一种是所谓的内部晃动假说，推测在太阳系早期，有一定数量的大型小行星被海王星射入柯伊伯带，从而导致经典柯伊伯带的轨道倾斜；第二种是所谓的外摇假说，推测柯伊伯带外有一颗“经过”的恒星产生引力扰动，使得经典柯伊伯带天体的轨道发生倾斜。这个假设很好地解释了为什么经典柯伊伯带天体的运行范围像刀子一样整齐。

与经典的柯伊伯带天体完全不同，其他柯伊伯带天体具有大偏心距、大轨道跨度的特点。它们可以在近日点离太阳35个天文单位，近日点离冥王星更近，在远日点可以远到几百个天文单位，人类根本看不到它们的踪迹。例如，在1999年CFll9，远日点在200个天文单位。它们被称为分散的柯伊伯带物体。我们熟知的哈雷彗星，就是这个分散的柯伊伯带天体。

零散的柯伊伯带天体是如何形成的？一些科学家认为，它们实际上是太阳系早期喷出的小行星。当一颗恒星被它前面的一颗大行星吸引并加速其直线运动时，它就会逃离太阳的束缚，也奔向外层空。通过这种方式，海王星附近的柯伊伯带物体往往会被多次喷出，并在数百万年内跑出太阳系。但一般情况下，分散的柯伊伯带天体的近日点轨道也不会超过100个天文单位空，因为它们也受到来自银河系和恒星的潮汐力的束缚，最终运行在一个相对固定的狭窄区域。分散的柯伊伯带物体的总质量在柯伊伯带中只占4%左右。当然也有可能是它们经常跑得很远，让科学家低估了它们的总质量。

柯伊伯带的“二人转”

最近天文学家发现，柯伊伯带中超过1%的物体成对围绕彼此旋转，形成所谓的二元双星。地面观测者和哈勃望远镜已经观测到了7颗这样的双星。我们最熟悉的冥王星和它的卫星卡隆就是这样一对双星。一般卫星直径只有行星的百分之几，质量不到2%，月球质量与地球质量之比只有0.012。卡戎和冥王星的质量比为10%左右。它们其实是一对“姐妹”双星，它们形成的系统中心已经落到冥王星之外。换句话说，卡戎和冥王星围绕着他们之间的一个点旋转！

质量只有冥王星双星万分之二的柯伊伯带双星1998WW31，在人们的视线里像华尔兹一样运动。它们走过的轨道是所有双星中最奇怪的。在这种“华尔兹舞”中，两者距离近时只有4000公里，远时达到40000公里。这种“旅行”方式，让我们无法猜测它们的温升是这样诞生的，还是因为碰撞走到一起的，还是一个大天体一分为二的结果。还是以上所有原因的组合？无论如何，它们是太阳系的一个谜。但正是通过对它们独特的“华尔兹舞步”的分析，天文学家才能估算出这些遥远天体的质量，并根据它们的相互屏蔽作用，估算出它们的体积，进而得到物质的密度和可能的组成。

柯伊伯带双星系统的共同特点是两个小天体大小相近，互相绕着运动？但是距离很远，通常是更大天体半径的几十倍甚至几千倍。它们不同于火星和木星之间的小行星带中的“双星”系统。科学家认为，小行星带中的“双星”是天体之间碰撞、裂解、碎片再堆积形成的，而柯伊伯带中的双星系统太多，两个天体之间的距离一般太远，很难用撞击来解释。近年来，加州理工学院的科学家提出，这些双星系统应该是由两个不相关的天体通过重力结合在一起而形成的。随着更多柯伊伯带天体的发现，这一假说可以得到更严格的检验。

柯伊伯带双星的运动，可能会揭开太阳系和行星系起源和演化之谜的最终答案。现在我们仍然观察到柯伊伯带天体通过碰撞不断补充太阳附近的尘埃带，较大的行星通过捕获这些尘埃而“成长”。在太阳系早期，可能会有大量的小行星靠近，拥挤，最后以柯伊伯带双星的方式合并成一颗大行星，开始稳定地围绕太阳公转。

更遥远的世界——奥尔特云

今天，人类的眼睛一层一层地穿越太阳系，看到了太阳供养的九大行星，看到了柯伊伯带，这就是九大行星的“工厂”。保持着原始太阳系奥秘的奥尔特云正在逐渐出现在人类的眼前。一个完整的太阳系，神话，静静地隐藏在太阴之中，太阴因为它的规则而美丽。

太阳系的家族史与彗星密不可分。彗星似乎难以捉摸，人们一生中很少看到同一颗彗星两次接近太阳，有的走了几百年，有的甚至几万年。现在天文学上一般把彗星分为长周期彗星和短周期彗星。根据柯伊伯理论，短周期彗星的故乡是柯伊伯带，那么长周期彗星从何而来？1950年，荷兰天文学家简·奥尔特提出，在距离太阳1000-50000天文单位的球壳带中，存在着数万亿颗彗星。这些彗星是太阳系形成的残余，这片广袤的区域被称为奥尔特云。在万有引力的海洋中，“经过”的恒星产生引力扰动，影响奥尔特云中的彗星或相互碰撞，最终离开原轨道，进入内太阳系。它们离太阳太远，引力小，绕太阳东倒西歪几万年。这就是长周期彗星的起源。

奥尔特云是彗星更远的故乡，可能包含近万亿颗彗星。这些彗星都有混沌轨道，并不是所有的都在行星轨道的平面上。这里更冷，温度从来不超过-240℃，更容易让冰晶和天体一起生长。当然，有理由“培育”更大的行星。Sedna有一万五百年的漫长周期。到处都是灰尘和冰晶，让人相信它的第一故乡更有可能是奥尔特云。

到目前为止，奥尔特云理论只是一个假设，并没有直接的观测证据，但塞德纳的来访，正如QBL在1992年证实了柯伊伯带一样，也将证实一个重要的假设。寻找太阳系行星生长的前沿，会膨胀上亿倍。