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太阳系边缘的柯伊伯带

时间:2017-03-22 23:19:25 作者:cjj512

太阳系边缘的柯伊伯带

导语:太阳系边缘的柯伊伯带,已经被发现的大型天体!为了纪念柯伊伯的发现,这个区域被命名为“柯伊伯带”。太阳系边缘柯伊伯带,竟存神秘生命体外星人?近日,天文学家在探测宇宙的时候在太阳系边缘发现了奇怪的现象,就在柯伊伯带,科学家探测到那里有神秘的生命体存在,但是当靠近的时候,生命体信号就会神秘消失,这是怎么回事呢?难道是外星人吗?

太阳系边缘的柯伊伯带

已经被发现的柯伊伯带大型天体

柯伊伯带是太阳系在海王星轨道(距离太阳约30天文单位)外黄道面附近、天体密集的中空圆盘状区域。冥王星到太阳48亿公里,柯伊伯带到太阳80亿公里。柯伊伯带的假说最初是由爱尔兰裔天文学家艾吉沃斯提出,杰拉德·柯伊伯发展了该观点。杰拉德·柯伊伯(Gerard%20Kuipe%201905.12.7―1973.12.24),荷兰裔美国天文学家,提出在太阳系边缘存在一个由冰物质运行的带状区域,为了纪念柯伊伯的发现,这个区域被命名为“柯伊伯带”。

?杰拉德·柯伊伯(Gerard%20Kuipe%20)

柯伊伯带被认为包含许多微星,它们是来自环绕着太阳的原行星盘碎片,它们因为未能成功地结合成行星,因而形成较小的天体,最大的直径都小于3,000公里。近代的计算机模拟显示柯伊伯带受到木星和海王星极大的影响,同时也认为即使是天王星或海王星都不是在土星之外的原处形成的,因为只有少许的物质存在于这些地区,因此如此大的天体不太可能在该处形成。换言之,这些行星应该是在离木星较近的地区形成的,但在太阳系早期演化的期间被抛到了外面。

Kuiper%20Belt%20柯伊伯带%20?

1984年,费南德兹和艾皮的研究认为与被抛射天体的角动量交换可以造成行星的迁徙。终于,轨道的迁徙到达木星和土星形成2:1共振的确切位置:当木星绕太阳运转两圈,土星正好绕太阳一圈。引力如此的共振所产生的拉力,最终还是打乱了天王星和海王星的轨道,造成它们的位置交换而使海王星向外移动到原始的柯伊伯带,造成了暂时性的混乱。当海王星向外迁徙时,它激发和散射了许多外海王星天体进入更高倾角和更大离心率的轨道。

?Kuiper%20Belt%20柯伊伯带

科学家先前已经知道行星的轨道会漂移,特别是天王星与海王星,更是从成形之后就已经逐渐向外移动。Levison和Morbidelli提出的理论模型认为:太阳系原始星云有个过去并不知道的边界,大概是海王星的位置,也就是距离太阳约30天文单位的地方。在这个范围内,各个行星、卫星、小行星、彗星以及柯伊伯带上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。然后当海王星碰到太阳系原始星云的边界后,它不得不停下来,因此才会停留在的轨道上。至于这些柯伊伯带上的天体,就在海王星迁移的最后一个阶段,逐渐被甩出去而形成。

1992年,人们找到了第一个柯伊伯带天体(KBO);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。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着种种疑问成为太阳系形成理论的许多未解谜团的一部分。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大大小小的冰封物体,热闹无比,就是柯伊伯带。

1950年,荷兰天文学家奥尔特(J.H.Oort)作了彗星轨道的统计研究,发现轨道半径为3万至10万天文单位的彗星数目很多,他推算那里有个大致球层状的彗星储库,有上千亿颗彗星。早在1932年欧匹克(E.Opiek)也曾提出过类似看法,这个彗星储库称为“奥尔特云”,那里的彗星绕太阳公转的周期长达几百万年。更仔细研究,奥尔特云中有上万亿至十万亿颗彗星。当然,这些遥远的彗星绝大多数尚不能直接观测到,只有在恒星的引力摄动下或彗星相互碰撞时,有的彗星发生很大的轨道变化,当它沿扁长轨道进入内太阳系时,才成为“新”彗星被观测发现。

1951年,美国天文学家柯伊伯(G.Kuiper)研究彗星性质与彗星形成,认为在太阳系原始星云很冷的外部区里的挥发物凝聚为冰体一彗星,当外行星在冰体群中长大时,外行星的引力弥散作用使一些彗星驱入奥尔特云,但是冥王星之外没有行星形成,他提出冥王星之外有个彗星带一即柯伊伯带,那里有很多彗星,它们的轨道近于圆形,轨道面对黄道面倾角不大。1964年,惠普尔(F.Whipple)等提出,冥外彗星带会引起外行星及彗星引力摄动,若此带在40天文单位处,则彗星总质量约为地球质量的80%;若在50天文单位处,则总质量为地球的1.3倍。1988年邓肯(M.Duncan)证明,柯伊伯带是短周期彗星的主要源,而奥尔特云不是它们的源区。

2014年8月1日天文学家宣称在太阳系边缘的柯伊伯带发现了两个新的冰冻天体。据悉,这是他们在利用哈勃太空望远镜进行观测仅两周后就取得的发现。柯伊伯带被认为是太阳系的尽头所在,遍布着直径从几公里到上千公里不等的冰封微行星。发现的两个天体距离地球约64亿公里,名称是1110113Y和0720090F。

1950年荷兰天文学家奥尔特对41颗长周期彗星的原始轨道进行统计后认为,在冥王星轨道外面存在着一个硕大无比的“冰库”,或者说是一个巨大的“云团”。这个云团一直延伸到离太阳约22亿千米远的地方。太阳系里所有的彗星都来自这个云团,因而人们把它称为奥尔特云。直至今日,只有90377号小行星被认为可能是奥尔特星云的天体,其轨道介乎76至850个天文单位之间,比预计的轨道接近太阳,有可能来自奥尔特星云内层。

?Oort%20Cloud%20奥尔特云

奥尔特云,是一个假设包围着太阳系的球体云团,布满着不少不活跃的彗星,距离太阳约50,000至100,000个天文单位,最大半径差不多一光年,即太阳与比邻星距离的四分之一。天文学家普遍认为奥尔特云是50亿年前形成太阳及其行星的星云之残余物质,并包围着太阳系。在望远镜发明后的四个世纪里,奥尔特星云中只有很小一部分彗星进入过太阳系。彗星受到寒冷的高层宇宙空间的保护,被认为是太阳系形成时早期星云的残骸。

奥尔特云不像柯伊柏带和八大行星的轨道一样接近黄道面,而是呈独特的圆球状。?

奥尔特云不像柯伊柏带和八大行星的轨道一样接近黄道面,而是呈独特的圆球状。奥尔特云的内侧离太阳1490亿公里。

由奥尔特云被提出,对于它们的形成,科学界各有不同学说,但如今,天文学家认为奥尔特云是50亿年前形成太阳及其行星的星云之残余物质,并包围着太阳系。最广为人们接受的假设,是奥尔特云物体其实是在比柯伊柏带更接近太阳的地区形成的,与其它行星及小行星相似,但是由于它们经常被大行星的引力影响,及后被仍年轻的大型气体行星,诸如木星等天体的强大引力将之逐出太阳系内部,使它们拥有极为椭圆或抛物线状的轨道,散布于太阳系的最外层。同时,这个过程也把它们的轨道偏离黄道面,并形成奥尔特云呈球状的形态。一些在远处的天体之轨道又被附近的恒星摄动,使之变为圆浑,并能长期处于太阳的远方。而远离八大行星的物体因不受到大行星的影响,散布于接近黄道面的盘状区中,形成柯尔柏带。这个理论解释了为何奥尔特云不像柯尔柏带和八大行星的轨道一样接近黄道面,而是呈独特的圆球状。

太阳系边缘的柯伊伯带

太阳系边缘柯伊伯带,竟存神秘生命体外星人?近日,天文学家在探测宇宙的时候在太阳系边缘发现了奇怪的现象,就在柯伊伯带,科学家探测到那里有神秘的生命体存在,但是当靠近的时候,生命体信号就会神秘消失,这是怎么回事呢?难道是外星人吗?

科学家这么多年寻找到的外星人痕迹,大多数都是太阳系发现的,有很多的专家也猜测外星人就藏身在太阳系可是一直都找到它们,只能找到它们留下的一些神秘的信号,但近日在太阳系发现的生命体究竟是外星人吗?

哈勃空间望远镜已经在轨运行了24年,彻底改变了我们对宇宙的看法,为我们呈现出可见光波段上非常漂亮的宇宙图像。哈勃除了能对数十亿光年外的宇宙天体进行观测外,还能对太阳系内的各类天体以及特殊的现象进行观测。

比如木星上的大红斑、土星极区的超级风暴等,美国宇航局甚至动用哈勃望远镜对冥王星进行观测,发现冥王星周围还存在数颗未曾发现的卫星,现在科学家宣布哈勃在冥王星之外的柯伊伯带上发现两个神秘天体,它们位于太阳系的边缘附近。

科学家陆续发现这里拥有大量的微小天体,它们表面温度极低,几乎不发出红外辐射,而且太阳光的反照率也很低,传统的观测技术无法发现它们。

在这些神秘的天体中发现一些很意外的东西,就比如说外星人,科学家发现每次觉得快要找到外星人的时候,外星人就会很多快脱身,我们根本就找不到它们,但科学家这次一直在等待生命体信号的存在,这次可能真的是外星人。

太阳系边缘的柯伊伯带

太阳系中行星间的大多数碰撞都发生在内太阳系,但是外行星中的天王星也受到了侧面撞击。外行星主要由气体构成,大多数都逃脱了内太阳系的混乱撞击。这些岩石内核形成了,气体聚集在内核周围,从天文学的角度来看,这一过程发生的很快,只用了大约一百万年,这些就是我们今天看到的巨行星!

在气体,木星和土星之外,是天王星和海王星,后两者由气体和冰构成。天王星和海王星之外,是柯伊伯带。柯伊伯带由围绕轨道运行的冰封岩石和矮行星组成。曾经的第九大行星冥王星,实际上是柯伊伯带天体!

冥王星实际上是一颗矮行星,是50亿公里之外围绕太阳运行的纵多行星之一,那里有数百万颗这样的行星,它们太遥远太模糊,很难看清。所有这些都是太阳系形成过程中的残留物!

柯伊伯带处于太阳影响力的边缘,那里温度极低,光线极暗。但是柯伊伯带并不是太阳系的边界,更远处还有一个由数万亿冰封物质构成的外壳,奥尔特云。奥尔特云非常遥远,从太阳发出的光需要走一整年才能达到那里。

从寒冷的边缘到炙热的中心恒星,我们的太阳系看上去似乎很稳定,一切都井然有序。但是有一处十分诡异,天王星和海王星并不在正确的位置。

太阳系的行星来自太阳系中的气体和尘埃,四个岩石构成的内行星离太阳较近,另外四个气体离太阳较远。但是天王星和海王星看上去似乎有些错位,离太阳这么远的地方,根本没有足够的物质形成如此巨大的行星,那么,它们为什么会出现在那里?

这引出了一个理论,天王星和海王星在离太阳很近的位置形成,然后被无情的推到了外围。那么,是什么力量推动两个巨大的行星穿越太阳系的呢?科学家认为,水星和木星形成一种有趣的关系,木星绕太阳运行两周的时间与土星绕太阳运行一周的时间正好相同,这使得它们在相遇时产生更多的互动,整个太阳系都因此而发生骚动。

木星和土星引力的合力会猛然作用与天王星和海王星,将它们托离太阳。天王星和海王星不断外移,跌跌撞撞地穿过小行星群和其他行星形成时留下的碎片,数十亿岩块在这一过程中四处飞散,有些形成了小行星带,而更多的则是被甩出外围形成了广袤的柯伊伯带。

可以这样比喻,就是设想一场保龄球赛,当保龄球打过去,球瓶四处飞散,这就是太阳系外围所发生的情况。但是木星和土星的引力太过强大,有可能颠倒饿了天王星和海王星的位置。天王星和海王星在形成时位置可能与现在相反,海王星比天王星更靠近太阳。但是在引力的作用下,它们调换了位置。天王星和海王星穿过的岩石带起到了刹车的作用,他们慢慢减速并停在了现在的位置。

行星改变轨道,听起来似乎是个疯狂的假设,但科学家已经在其他太阳系中见到过类似的现象,所以科学家认为,这种运转方式是一个普遍现象。当遥望星系,观察其他恒星周围的行星时,科学家看到许多相似事件发生过的证据。

在一个遥远的星系,科学家们观察到了超乎寻常的现象,一个与木星同样大小的行星与木星的运行方式截然不同。有些像木星这样的巨行星,经常在靠近母恒星的地方运转,只需要几天时间就能环绕母恒星一周。如果这些巨行星离恒星太近,就会受到炙烤,行星表面温度可达1000或2000摄氏度。一个气体举行在离太阳这么近的地方,是不可能形成的,这里温度实在太高,的解释就是它先在远处形成,然后移动到了这里。

同样的情况,完全可能发生在我们的太阳系。科学家已经发现,太阳表面含有大量的锂元素。恒星中通常并没有锂元素,但是气体中却含有这一元素。也许在我们的太阳系,曾经有一个气体旋转着冲入了太阳,这就可以解释为什么太阳便面发现了锂元素。

太阳系边缘的柯伊伯带

哈勃望远镜观测发现的两个神秘物体,它们被暂时命名为1110113Y和0720090F

腾讯科学讯 据国外媒体报道,哈勃空间望远镜已经在轨运行了24年,彻底改变了我们对宇宙的看法,为我们呈现出可见光波段上非常漂亮的宇宙图像。哈勃除了能对数十亿光年外的宇宙天体进行观测外,还能对太阳系内的各类天体以及特殊的现象进行观测,比如木星上的大红斑、土星极区的超级风暴等,美国宇航局甚至动用哈勃望远镜对冥王星进行观测,发现冥王星周围还存在数颗未曾发现的卫星,现在科学家宣布哈勃在冥王星之外的柯伊伯带上发现两个神秘天体,它们位于太阳系的边缘附近。

柯伊伯带距离太阳非常遥远,达到50个天文单位(相当于50个日地距离)以上,早期的观测中科学家并不认为柯伊伯带存在天体,甚至认为这里根本没有天体存在,但随着观测技术的进步,科学家陆续发现这里拥有大量的微小天体,它们表面温度极低,几乎不发出红外辐射,而且太阳光的反照率也很低,传统的观测技术无法发现它们。柯伊伯带的形成被认为与原行星盘有关,这些天体来自太阳系形成的初期,由于无法聚集形成行星,并发生相互碰撞,柯伊伯带上的天体都较小,直径一般不会超过3000公里。

本次哈勃望远镜观测发现的两个神秘物体属于柯伊伯天体,是两个冰冷的小世界,在6月24日拍摄的图像中,科学家对这两个天体进行了确认。哈勃望远镜近期将花更多的时间对柯伊伯天体进行调查,因为美国宇航局的新地平线号探测器已经快要接近冥王星,科学家预计其在2015年7月抵达,剩下的一年内哈勃将确定新地平线号的后续任务,当期完成对冥王星的观测后就会飞往柯伊伯带,对冥外天体进行深入研究。

对柯伊伯天体的观测较为困难,科学家尝试着使用哈勃望远镜发现非常昏暗的天体,并研究这些神秘天体的运动,搜索工作预计在下个月完成。加州伯克利分校的天文学家亚历克斯·帕克认为迄今为止发现的两个柯伊伯天体距离地球64亿公里,被分别命名为1110113Y和0720090F,后续我们将给它们起个更好听的名字。

太阳系边缘的柯伊伯带

“新视野”号飞掠冥王星带来了关于柯伊伯带的新讯息,这样的观测为理解柯伊伯带的起源和演化,打开了一扇窄窄的窗户。

这是一次速度与激情的相会——“新视野”号航天器的速度达到每小时5万公里,在24小时的飞掠过程中收集冥王星表面、大气和环境相关的图像和数据。

此前,从未有任何航天任务到达过柯伊伯带上最明亮的成员——冥王星。而柯伊伯带,这个位于海王星之外的庞大的、几乎未知的区域,其中存在着数以十亿计的冰冷星体,这些星体的尺寸小到几米,大到2000多千米。

事实上,在短短20多年前,甚至没有人知道柯伊伯带的存在。这样的观测为理解柯伊伯带的起源和演化,打开了一扇窄窄的窗户。

把这些观测结果综合到一起,就像盲人摸象的寓言那样,人们开始拼凑关于柯伊伯带的结构、组成和演化的更全面的图像。现在,通过新视野号对冥王星的近距离观测,这幅图像将会变得前所未有的清晰。

柯伊伯想错了

1930年,一位名叫克莱德·汤博(Clyde Tombaugh)的年轻天文学家,在海王星之外发现了一个新星体。当时,天文学界包括他自己都坚信,他发现了“X行星”(Planet X)——传言已久的太阳系第九颗行星。在一名11岁英国女学生维尼夏·伯尼(Venetia Burney)的建议下,这颗行星被命名为“冥王星”。起初,研究人员计算得出,这颗新行星的质量会接近地球。但到了20世纪70年代,人们认识到冥王星比月球还要小、还要轻。汤博发现的其实是柯伊伯带上最明亮的成员。

然而,在上世纪80年代之前,没有人会想到柯伊伯带这个东西的存在,甚至包括杰勒德·柯伊伯(Gerard Kuiper)本人,柯伊伯带就是以这位荷兰裔美国科学家的名字命名的。在上世纪50年代,柯伊伯提出,紧靠海王星外的区域可能曾经充斥着冰冻天体。不过他又认为,“大质量行星”冥王星的引力场会将这些冰冻天体散射到深空去,因此太阳系的这片区域目前应该是空空荡荡的一片。

“事实和预言恰恰相反”,加利福尼亚大学洛杉矶分校的天文学家戴维·C·朱维特(David C. Jewitt)说道,他是外层太阳系观测的先驱。

不“严谨”的命名

几乎在同一时间,柯伊伯的同胞简·奥尔特(Jan Oort)猜测,那些被散射的天体,应该形成了原彗星(proto-comet),这些彗星组成了球形云,其运行轨道距离太阳大约有1光年。他还指出,如果这些原彗星偶然闯入了内太阳系,它就会变成一颗活跃的彗星。该机制巧妙地解释了,为什么会存在长周期彗星。那些长周期彗星的轨道周期长达200多年,它们会从各个方向掉入内太阳系。

不过,这套理论无法解释那些短周期彗星。短周期彗星大多是沿着大行星公转轨道平面飞来。对此,奥尔特给出的解释是,有些长周期彗星与巨行星交会时变成了短周期彗星。几乎没有人能给出更好的解释。

一个特殊情况是,早在上世纪40年代,爱尔兰天文学家肯尼思·埃奇沃思(Kenneth Edgeworth)就提出一种假说,短周期彗星诞生于一个小星体聚集的、更近的地方。不过他只是顺带提及这个假说,而且没有详细描述。“如果你认为这只能算是一个预言,那好吧,我确实没法反驳”,迈克尔·E·布朗(Michael E. Brown)这样评价道。布朗是加州理工学院的天文学家,他在2005年发现了柯伊伯带天体阋神星(Eris),其大小和冥王星相当,这一发现导致冥王星在第二年被降格为“矮行星”。显然,布朗不认为埃奇沃思顺便提及的假说只能算一个预言,但总之,当时并没有人重视埃奇沃思的这个想法。

目前很多行星科学家都认可的,关于柯伊伯带的第一个正式预言来自乌拉圭天文学家胡里奥·费尔南德斯(Julio Fernandez)。他在1980年的一篇题为《论海王星外彗星带之存在》(On the Existence of a Comet Belt beyond Neptune)的论文中,提出了和埃奇沃思相同的看法,不过他的论证要严谨、详细得多。

1988年,当时就职于加拿大多伦多大学的斯科特·特里梅因(Scott Tremaine)和同事马丁·邓肯(Martin Duncan)、汤姆·奎恩(Tom Quinn)一道证明了,费尔南德斯预言的星体群其实可以解释短周期彗星的轨道和出现频率。他们首次使用了“柯伊伯带”一词,不过,现在就职于普林斯顿高等研究院的特里梅因说:“这个词可能不正确,我们应该以‘费尔南德斯’来命名它。”

“大个子”去哪了

当特里梅因、邓肯与奎恩在理论上论证柯伊伯带时,朱维特和他当时在麻省理工学院的学生刘丽杏(Jane X. Luu),开始寻找确凿的观测证据。他们并不是受到理论研究的启发才去开展搜寻,事实上他们并不知道费尔南德斯的论文,而且他们早在1986年就开始了搜寻工作,比特里梅因和同事们发表结果早了两年。朱维特说:“我们搜寻的动机非常简单,就是觉得外太阳系那么空荡荡的很奇怪。”

当然,外太阳系实际上并不是那么空荡荡的。1992年8月,利用在夏威夷莫纳克亚(Mauna Kea)死火山顶峰的2.2米望远镜,朱维特和刘丽杏发现了第一个柯伊伯带天体,1992QB1,这是他们所谓“缓慢移动天体”探测计划(Slow Moving Object survey)的一部分。6个月后,他们发现了第二个柯伊伯带天体。虽然在当时,朱维特和刘丽杏是唯一进行此类搜寻的研究团队,但“天文学界很快就反应过来了”,朱维特说。现在,天文学家已经认证了大约1500个柯伊伯带天体。基于这一数字,他们估计柯伊伯带大约有10万个直径超过100千米的物体,有近100亿个直径大于2千米的物体。朱维特说:“柯伊伯带里小行星的数目是主小行星带(main asteroid belt,位于火星与木星轨道之间)的1000倍,这让我大为震惊”。

不过,让许多天文学家更震惊的,不是柯伊伯带里“有”什么,而是它“没有”的内容。依据最好的行星形成模型,天文学家推测,柯伊伯带里应该有类似地球大小、甚至比地球更大的星体。然而,柯伊伯带里最大的星体,就是冥王星和一些与冥王星大小相近的星体,如鸟神星(Makemake)、妊神星(Haumea)、创神星(Quaoar) 和阋神星,研究人员没有发现一个接近大行星标准的星体。“那里有许多的星体,不过这些星体加在一起,也不超过地球质量的十分之一,非常微不足道。”朱维特说。

在太阳系历史早期一定发生过一些事情,才会使柯伊伯带中最大的成员被消灭了。多年来,行星天文学家一直在争论,当时究竟发生了什么。利用“罗塞塔”号和“新视野”号,他们将得到一些答案。

巨星重排的后果

当柯伊伯带被发现时,物理学家已经建立了太阳系形成模型。该模型的起源是一团巨大的、由星际气体和尘埃组成的云团,然后这一云团坍塌形成一个旋转的圆盘。在圆盘的核心,重力将物质聚成一团。高温和高密度导致这团物质开始发生热核反应,太阳就诞生了。

太阳的热量和辐射将大部分气体和一部分尘埃吹向外围。在靠近太阳的部分,尘埃聚集在一起,先形成小石块,后来变成大岩石,最终变成了小行星尺寸的所谓“微行星”(planetesimal)。在行星形成的最后一个阶段,数以百计的火星尺度的星体漂浮在太阳系中,它们碰撞着,不断地破碎又聚合在一起,最终形成了我们今天看到的八大行星,不仅包括内太阳系的固态类地行星,还有木星、土星、天王星和海王星这些气态行星。这些行星基本是由大块岩石构成的,有足够大的引力束缚住大量气体。

在海王星之外,外太阳系的冰粒发生了和内太阳系尘埃颗粒类似的过程,也形成了行星大小的星体。然而这一理论存在两个问题:首先,天文学家没有观察到这些具有行星尺寸的星体。

第二个问题是,柯伊伯带中的物质太少,不足以形成任何尺寸的星体。换言之,如果认为目前柯伊伯带中的所有物体也都来自原初的冰尘云,那么这些云的分布就太广了,难以形成任何东西。

如此一来,柯伊伯带中实际存在的物质,与理论学家推测应该形成的物质,就自相矛盾了。朱维特说:“公认的解决方案是,认为在一开始,柯伊伯带里就有比较多的物质——30、40甚至50个地球质量的物质。”这些物质的确形成了一大群星体,但不知什么原因,这些星体的数目在不断减少。

至于星体不断减少的原因,最可信的一种解释机制是:太阳系的四大气态巨行星(木星、土星、天王星、海王星)曾经是堆聚在一起的,比它们今天的间距近得多。这个假说最初是由亚利桑那大学的物理学家雷努·马尔霍特拉(Renu Malhotra)提出的。

马尔霍特拉和她的几位同事论证道,这些紧密堆挤在一起的行星,与早期大量的柯伊伯带天体的引力相互作用,把土星、天王星和海王星推向外太阳系。与此同时,木星和柯伊伯带天体、小行星同时相互作用,导致木星向内移动。

这些引力相互作用不仅使行星重排,也把许多柯伊伯带天体弹射到太阳系引力范围的最远端,形成了遥远的奥尔特云,并且把许多的小行星甩进了太阳系内层轨道。在这些迁移过程发生的某段时期,土星和木星处于了轨道共振态,土星每运行一个周期,木星恰好运行两个周期。

每隔一段时间,两大行星就会和太阳精准地处于一条直线上,从而造成额外引力扰动,使得柯伊伯带天体被剧烈地散射开,以至于99%以上的物体都被清扫了出去。它们中的一些成为了太阳引力范围最远端的奥尔特云的成员,另一些撞上了太阳系的内层行星,这被称为“后期重轰炸期”。“太阳系经受了猛烈的捶打”,朱维特说。

一张太阳系的“老照片”

美国西南研究院的物理学家戴维·尼斯沃尼(David Nesvorny)将这一假说又向前推进了一步。他认为,太阳系或许曾经存在第五颗气态巨行星,在这个剧烈的重排过程中,它可能被弹射到星际空间去了。

如果巨行星的重排真的发生过,那就可以解释,为什么柯伊伯带中没有大星体:那些可以用来形成大星体的材料已经被永久地清空了,因此仅仅形成了那些类似微行星的物体——微行星是指那些小的原行星(proto-planet),大行星即由这些微行星聚合而成。从这个意义来说,柯伊伯带就像一张快照,将行星形成过程刚刚开始数百万年时内层太阳系的样子,永久地定格了下来。

麻省理工学院的行星科学家希尔克·施利希廷(Hilke Schlichting)说:“现有的行星形成机制中,最大的不确定在于微行星的形成,它们是如何形成的?它们有多大?”这些信息在太阳系内层早已无处寻觅,不过借助观测和模型,她和同事们指出,如果假设组成柯伊伯带天体的冰冻微行星的直径大约为1千米,那么就可以解释今天观测到的柯伊伯带天体的大小和分布了。对这些微行星尺度的估计,可能也适用于内层行星。她说:“经过数十年的猜测后,我们终于要开始了解行星形成的初始条件了。”

稿件来源:环球科学(《科学美国人》中文版)

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