人类如何探索神秘的柯伊伯带?( 三 )


【人类如何探索神秘的柯伊伯带?】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1 500个柯伊伯带天体 。 基于这一数字,他们估计柯伊伯带大约有100 000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1 000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 。
巨行星重排
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(但布朗说,就他们所知,在遥远的奥尔特云里,也许会有像火星一样大的星体,只不过我们目前的技术无法观测到 。 )
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 。

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