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探索太阳系的尽头

2015-04-28社芝茂

中学科技 2015年1期
关键词:大行星柯伊伯冥王星

社芝茂

提及太阳系,在同学们的脑海浮现的一定是太阳系最著名的8大行星——2006年,国际天文联合会将之前的9大行星重新定义为8大行星,认定冥王星为矮行星,首次将其排除在大行星的行列之外。

然而,太阳系到底有多大,曾经的9大行星之一——冥王星是离太阳最远的“行星”,是太阳系的边缘吗?如果在十几年前,肯定的结论或许会得到大多数人的认可。但是现在,人们已经对太阳系的边缘有全新的认识了,那就是柯伊伯带。

发现柯伊伯带

随着深空探测技术的日新月异,有科学研究发现,太阳引力的作用范围要超出冥王星所在位置许多倍。因此,美籍荷兰天文学家柯伊伯的假说提出了在冥王星轨道外的广阔空间并非真空,而是由无数个小天体组成的观念,该区域被命名为柯伊伯带。但直至1995年,科学家才在哈勃太空望远镜第一次看到该区域,并将其绘制在天文图上。

事实上,早在19世纪50年代,荷兰天文学家奥尔特就曾提出在太阳系的边缘有一个巨大的冰态天体球壳,被称作奥尔特云,云中孕育了很多的彗星,包括长周期彗星和短周期彗星。在探讨长周期彗星是否能变成短周期彗星问题的过程中,科学家对冥王星是太阳系边缘的认识提出了新的质疑。为了弄清楚太阳系边缘究竟有什么,科学家利用冒纳克亚山天文台的2.2米口径的天文望远镜,经过5年的努力,终于在1992年8月30日发现一个模糊的亮点在冥王星遥远轨道之外缓慢移动。经过核实和计算表明,这一神秘的天体距地球约40天文单位(1天文单位为1.495亿千米),国际天文学联合会将其命名为“1992 QB1”。该天体的发现证实了柯伊伯带的存在。

此后,经过长期的观测表明,柯伊伯带是一个盘状的带子,宽约30~55个天文单位,轨道半径大于冥王星。

在冥王星轨道之外的很大一片区域里,太阳的引力很弱,温度极低,因此从来都没有过形成行星的机会。那里散布着几万亿个冰冻体,这些冰冻体就是柯伊伯带天体。

它们距离太阳很远,亮度也非常暗,直接测量其尺度非常困难,只能通过亮度与尺度的关系来推算出柯伊伯带天体的尺度。近几年,利用斯必泽红外太空望远镜,很多个头较大的柯伊伯带天体尺度得以测量出来。目前已发现的柯伊伯带天体中,直径在1000千米以上的不到10个,大多数直径在数百千米以下甚至更小。

柯伊伯带天体跟其他行星天体一样有着自身的特性。其中一个特性是它们有着不同的光反射率和颜色,一般柯伊伯带天体的光反射率在4~20%,颜色则从灰色到红色,表明这些天体的成分和进化中的差异很大。此外,天文学家们通过观测发现,在已发现的柯伊伯带天体中,有超过1%的柯伊伯带天体是双星体。

柯伊伯带天体是行星形成过程中的残留物,科学家认为它极有可能包含与外太阳系形成有关的重要线索,因此探测柯伊伯带就相当于人类对外太阳系进行一次考古发掘。然而,由于柯伊伯带天体过于昏暗,很难获得其红外光谱,目前尚未有进一步的发现。不过,随着美国航空航天局的“新视野号”太空探测器首次对冥王星拜访的成功,亲临柯伊伯带天体将有望实现。

2006年1月19日,“新视野号”太空探测器于美国佛罗里达州发射,将在2015年7月飞越冥王星之后,继续穿过柯伊伯带,进入恒星际空间。“新视野号”太空探测器为了能成为第一个有幸亲临柯伊伯带天体的行星际探测器,从2011年起,其团队就使用几个最大的地基望远镜搜寻恰当的柯伊伯带天体目标。他们确实发现了几十个柯伊伯带天体,但都不在“新视野号”携带的燃料所能到达的范围内。

直到2014年6月,太空望远镜科研所的哈勃时间分配委员会拨付了额外的观测时间,科学家们利用哈勃太空望远镜又搜寻了数个柯伊伯带天体,终于在2014年10月,搜寻到了3个“新视野号”太空探测器可到达的柯伊伯带天体。这3个柯伊伯带天体都比冥王星远了16亿千米以上。其中两个柯伊伯带天体的直径约为55千米,第三个约为25千米,其尺寸约为普通彗星大小的10倍,冥王星大小的1~2%。

这些潜在的柯伊伯带天体将成为“新视野号”太空探测器今后的访问目标。届时“新视野号”太空探测器会对柯伊伯带天体拍摄图像,并利用红外光谱确定其成分,柯伊伯带天体的神秘面纱也将会被揭开。我们期待“新视野号”太空探测器有新的发现,期待我们对太阳系获得新的认识。

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