據(jù)美國《科學(xué)新聞》雙周刊網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，1992年夏天，在夏威夷的一個(gè)山頂上觀測(cè)星空的兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一個(gè)小光點(diǎn)正在緩慢穿過雙魚座。這個(gè)不起眼的天體———位于海王星之外10億多公里處———將改寫我們對(duì)太陽系的認(rèn)識(shí)。
在已知行星的軌道之外，不是一片虛空。實(shí)際上，那里潛伏著許多東西。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了柯伊伯帶———太陽系形成時(shí)期遺留下來的冰凍天體構(gòu)成了一個(gè)甜甜圈形狀的區(qū)域。
提供新見解
研究人員對(duì)柯伊伯帶了解得越多，我們太陽系的起源和演化過程就變得越清晰。對(duì)柯伊伯帶的冰凍天體仔細(xì)進(jìn)行的觀測(cè)活動(dòng)，讓我們能更清晰地了解包括地球在內(nèi)的行星的形成過程。對(duì)這一區(qū)域開展的研究活動(dòng)總共披露了數(shù)以千計(jì)的這類天體，它們被稱為“柯伊伯帶天體”。研究顯示，在早期太陽系中，有許多進(jìn)行“彈球游戲”的行星。
開啟這一切的那個(gè)不起眼天體是一塊直徑約為250公里的冰和巖石的混合體。30年前的8月，它首次被人發(fā)現(xiàn)。
上世紀(jì)80年代末，行星科學(xué)家戴維·朱伊特和天文學(xué)家劉麗杏花費(fèi)數(shù)年時(shí)間進(jìn)行了一項(xiàng)不同尋常的探索。
他們最終發(fā)現(xiàn)了天體1992 QB1，這讓世界開始認(rèn)識(shí)到柯伊伯帶。該區(qū)域以天文學(xué)家杰拉德·柯伊伯的名字命名。不過，令人意想不到的是，柯伊伯曾預(yù)測(cè)，太空中的這一區(qū)域是空的。在20世紀(jì)50年代，他提出，任何曾經(jīng)存在于那里的天體都會(huì)被引力驅(qū)逐到太陽系更遙遠(yuǎn)的地方。
換句話說，柯伊伯認(rèn)為柯伊伯帶是不存在的。事實(shí)證明他錯(cuò)了。
如今，研究人員知道，柯伊伯帶從距離太陽約30個(gè)天文單位的地方———海王星軌道附近———延伸到距離太陽約55個(gè)天文單位的地方。朱伊特說，柯伊伯帶就像一個(gè)膨脹的圓盤，“乍看像一個(gè)胖胖的甜甜圈”。
柯伊伯帶中的冰凍天體是氣體和塵埃構(gòu)成的漩渦的殘留物。太陽和行星就是從這個(gè)漩渦中誕生的。天文學(xué)家梅蕾迪絲·麥格雷戈說，現(xiàn)在“剩下了很多東西，它們沒能形成行星”。當(dāng)這些宇宙殘留物中的一件被海王星等行星的引力推入太陽系內(nèi)層并接近太陽時(shí)，它就變成了我們所說的彗星。每200年或更長時(shí)間繞太陽運(yùn)行一周的彗星通常來自太陽系內(nèi)更遙遠(yuǎn)的冰凍天體“倉庫”———“奧爾特云”。
以科學(xué)術(shù)語來表達(dá)的話，柯伊伯帶是一個(gè)“巖屑盤”?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，一些遙遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)也包含“巖屑盤”。麥格雷戈說：“它們同我們的柯伊伯帶有著直接相似性。”
改寫教科書
2015年，“新視野”號(hào)探測(cè)器飛過冥王星，科學(xué)家得以首次近距離觀察一個(gè)柯伊伯帶天體。“新視野”號(hào)在隨后幾年里發(fā)回的照片比科學(xué)家之前對(duì)冥王星及其衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果詳細(xì)數(shù)千倍。這些天體不再是一些模糊的像素點(diǎn)，而是呈現(xiàn)出豐富的景觀：它們有著噴冰的“火山”和深深的鋸齒狀峽谷。“新視野”號(hào)團(tuán)隊(duì)成員馬克·布伊說：“我為我們?cè)谮ね跣侨〉玫某删透械叫老踩艨?。情況真是再好不過了?！?/p>
但“新視野”號(hào)在柯伊伯帶的收獲不止于此。2019年元旦，在冥王星軌道之外近15億公里的地方，該探測(cè)器飛經(jīng)另一個(gè)柯伊伯帶天體。它探測(cè)到的情況令人驚訝?！疤炜铡毙求w———其名字Arrokoth在北美印第安部落語言中意為“天空”———看上去就像是連在一起的兩個(gè)煎餅。從一端到另一端，這個(gè)天體長約35公里。它可能曾經(jīng)是兩個(gè)獨(dú)立的天體。這兩個(gè)天體發(fā)生過溫和的碰撞，然后連在了一起?！疤炜铡毙求w怪異的結(jié)構(gòu)將幫助解答天文學(xué)中的一個(gè)重要問題：氣體和塵埃如何凝結(jié)在一起并形成更大的天體？
一種名為“星子積聚”的由來已久的理論認(rèn)為，一系列碰撞是較大天體的形成原因。加拿大維多利亞大學(xué)和加拿大國家研究理事會(huì)的天文學(xué)家J·J·卡韋拉爾斯說，小塊的物質(zhì)會(huì)反復(fù)相撞并粘在一起，進(jìn)而形成較大的天體。但卡韋拉爾斯說，這里存在一個(gè)問題。隨著天體變得大到足以產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，它們彼此靠近時(shí)會(huì)加速。他說：“它們以過于快的速度相互碰撞，就不會(huì)粘在一起?！睂?duì)于像“天空”星體（尤其是它還具備雙葉結(jié)構(gòu)）這樣的大型天體來說，通過一連串碰撞而成形是不同尋常的。
研究人員現(xiàn)在認(rèn)為，更有可能的情況是，“天空”星體是在一個(gè)名為“引力不穩(wěn)定性”的過程中誕生的。在這種情況下，密度恰好比周圍環(huán)境要高的一團(tuán)物質(zhì)會(huì)通過吸入氣體和塵埃來變大。這個(gè)過程可以在數(shù)千年的時(shí)間里形成行星，而“星子積聚”需要花數(shù)百萬年時(shí)間才能形成行星。卡韋拉爾斯說：“行星形成的時(shí)間尺度徹底改變了?！?/p>
如果“天空”星體是這樣形成的，那么太陽系中的其他天體可能也不例外。2014年發(fā)現(xiàn)了“天空”星體的布伊說，這可能意味著，太陽系某些部分的形成速度比先前認(rèn)為的要快得多，“圍繞太陽系如何形成，‘天空’星體已經(jīng)改寫了教科書”。
需更多發(fā)掘
迄今觀測(cè)到的情況讓科學(xué)家們更加渴望近距離研究另一個(gè)柯伊伯帶天體。“新視野”號(hào)目前仍在柯伊伯帶穿行，但要識(shí)別一個(gè)新天體并安排一次“會(huì)面”，剩下的時(shí)間不多了。這個(gè)探測(cè)器目前距離太陽53個(gè)天文單位。它正在靠近柯伊伯帶的外緣。幾組天文學(xué)家正在利用世界各地的望遠(yuǎn)鏡尋找會(huì)與“新視野”號(hào)錯(cuò)身而過的柯伊伯帶新天體。布伊說：“我們當(dāng)然會(huì)尋找。我們最希望的就是從另一個(gè)天體旁飛過?！?/p>
通過用地球上最大的幾臺(tái)望遠(yuǎn)鏡來觀測(cè)柯伊伯帶，天文學(xué)家還將獲得柯伊伯帶的廣角圖像。利用位于夏威夷冒納凱阿火山———朱伊特和劉麗杏就是在那座山上發(fā)現(xiàn)了1992 QB1———的加拿大-法國-夏威夷望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家最近圓滿完成了“外太陽系起源巡天”任務(wù)。該任務(wù)記錄了800多個(gè)此前不為人知的柯伊伯帶天體，使已知的柯伊伯帶天體總數(shù)達(dá)到約3000個(gè)。
麥格雷戈說，這項(xiàng)編目工作將揭示這些天體繞太陽運(yùn)行的有趣模式。柯伊伯帶天體不是均勻分布的，而是傾向于聚集在一起。她說，這說明，這些天體過去曾受到引力的猛烈推動(dòng)。
大多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為，推動(dòng)它們的天體非太陽系內(nèi)的氣態(tài)巨行星莫屬。在21世紀(jì)頭10年中期，科學(xué)家首次提出，在太陽系歷史的初期，海王星和土星等行星可能曾將一些天體推向或推離太陽。麥格雷戈說，這種活動(dòng)可以解釋許多柯伊伯帶天體的軌道為何驚人地相似。她說：“這些巨行星攪動(dòng)了太陽系外層的所有物質(zhì)?！?/p>
英國貝爾法斯特女王大學(xué)的天文學(xué)家梅格·施萬布說，若要完善太陽系的早期歷史，需要對(duì)更多的柯伊伯帶天體進(jìn)行觀測(cè)。研究人員預(yù)計(jì)，定于明年開始的一項(xiàng)天文學(xué)新研究將再找到約4萬個(gè)柯伊伯帶天體。人們正在智利中北部建設(shè)薇拉·魯賓天文臺(tái)。它將每隔幾晚就用其32億像素的攝像儀器反復(fù)拍攝整個(gè)南半球的天空，持續(xù)10年。施萬布說，這項(xiàng)名為“時(shí)空遺產(chǎn)調(diào)查”的任務(wù)將徹底改變我們對(duì)早期太陽系演化過程的認(rèn)識(shí)。施萬布是“時(shí)空遺產(chǎn)調(diào)查”任務(wù)太陽系科學(xué)合作組織的聯(lián)合主席。
朱伊特說，想想我們接下來能從柯伊伯帶獲得什么令人興奮。他說，在很大程度上，由于技術(shù)的進(jìn)步，未來獲得更多發(fā)現(xiàn)是可能的。他說：“用現(xiàn)代攝影儀器拍攝的一張照片抵得上用1992年的設(shè)備拍攝的約1000張照片?！?/p>
不過，朱伊特說，即使我們將對(duì)太陽系內(nèi)的這一遙遠(yuǎn)區(qū)域進(jìn)行更多發(fā)掘，我們應(yīng)該始終保持一些敬畏之心。他說：“這是我們迄今觀測(cè)過的最大的一片太陽系區(qū)域?！?/p>
來源：參考消息網(wǎng)
