探索太陽系的盡頭

社芝茂

提及太陽系，在同學(xué)們的腦海浮現(xiàn)的一定是太陽系最著名的8大行星——2006年，國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)將之前的9大行星重新定義為8大行星，認(rèn)定冥王星為矮行星，首次將其排除在大行星的行列之外。

然而，太陽系到底有多大，曾經(jīng)的9大行星之一——冥王星是離太陽最遠(yuǎn)的“行星”，是太陽系的邊緣嗎？如果在十幾年前，肯定的結(jié)論或許會(huì)得到大多數(shù)人的認(rèn)可。但是現(xiàn)在，人們已經(jīng)對(duì)太陽系的邊緣有全新的認(rèn)識(shí)了，那就是柯伊伯帶。

發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶

隨著深空探測(cè)技術(shù)的日新月異，有科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，太陽引力的作用范圍要超出冥王星所在位置許多倍。因此，美籍荷蘭天文學(xué)家柯伊伯的假說提出了在冥王星軌道外的廣闊空間并非真空，而是由無數(shù)個(gè)小天體組成的觀念，該區(qū)域被命名為柯伊伯帶。但直至1995年，科學(xué)家才在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡第一次看到該區(qū)域，并將其繪制在天文圖上。

事實(shí)上，早在19世紀(jì)50年代，荷蘭天文學(xué)家奧爾特就曾提出在太陽系的邊緣有一個(gè)巨大的冰態(tài)天體球殼，被稱作奧爾特云，云中孕育了很多的彗星，包括長(zhǎng)周期彗星和短周期彗星。在探討長(zhǎng)周期彗星是否能變成短周期彗星問題的過程中，科學(xué)家對(duì)冥王星是太陽系邊緣的認(rèn)識(shí)提出了新的質(zhì)疑。為了弄清楚太陽系邊緣究竟有什么，科學(xué)家利用冒納克亞山天文臺(tái)的2.2米口徑的天文望遠(yuǎn)鏡，經(jīng)過5年的努力，終于在1992年8月30日發(fā)現(xiàn)一個(gè)模糊的亮點(diǎn)在冥王星遙遠(yuǎn)軌道之外緩慢移動(dòng)。經(jīng)過核實(shí)和計(jì)算表明，這一神秘的天體距地球約40天文單位（1天文單位為1.495億千米），國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)將其命名為“1992 QB1”。該天體的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了柯伊伯帶的存在。

此后，經(jīng)過長(zhǎng)期的觀測(cè)表明，柯伊伯帶是一個(gè)盤狀的帶子，寬約30～55個(gè)天文單位，軌道半徑大于冥王星。

在冥王星軌道之外的很大一片區(qū)域里，太陽的引力很弱，溫度極低，因此從來都沒有過形成行星的機(jī)會(huì)。那里散布著幾萬億個(gè)冰凍體，這些冰凍體就是柯伊伯帶天體。

它們距離太陽很遠(yuǎn)，亮度也非常暗，直接測(cè)量其尺度非常困難，只能通過亮度與尺度的關(guān)系來推算出柯伊伯帶天體的尺度。近幾年，利用斯必澤紅外太空望遠(yuǎn)鏡，很多個(gè)頭較大的柯伊伯帶天體尺度得以測(cè)量出來。目前已發(fā)現(xiàn)的柯伊伯帶天體中，直徑在1000千米以上的不到10個(gè)，大多數(shù)直徑在數(shù)百千米以下甚至更小。

柯伊伯帶天體跟其他行星天體一樣有著自身的特性。其中一個(gè)特性是它們有著不同的光反射率和顏色，一般柯伊伯帶天體的光反射率在4～20%，顏色則從灰色到紅色，表明這些天體的成分和進(jìn)化中的差異很大。此外，天文學(xué)家們通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在已發(fā)現(xiàn)的柯伊伯帶天體中，有超過1%的柯伊伯帶天體是雙星體。

柯伊伯帶天體是行星形成過程中的殘留物，科學(xué)家認(rèn)為它極有可能包含與外太陽系形成有關(guān)的重要線索，因此探測(cè)柯伊伯帶就相當(dāng)于人類對(duì)外太陽系進(jìn)行一次考古發(fā)掘。然而，由于柯伊伯帶天體過于昏暗，很難獲得其紅外光譜，目前尚未有進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)。不過，隨著美國(guó)航空航天局的“新視野號(hào)”太空探測(cè)器首次對(duì)冥王星拜訪的成功，親臨柯伊伯帶天體將有望實(shí)現(xiàn)。

2006年1月19日，“新視野號(hào)”太空探測(cè)器于美國(guó)佛羅里達(dá)州發(fā)射，將在2015年7月飛越冥王星之后，繼續(xù)穿過柯伊伯帶，進(jìn)入恒星際空間。“新視野號(hào)”太空探測(cè)器為了能成為第一個(gè)有幸親臨柯伊伯帶天體的行星際探測(cè)器，從2011年起，其團(tuán)隊(duì)就使用幾個(gè)最大的地基望遠(yuǎn)鏡搜尋恰當(dāng)?shù)目乱敛畮祗w目標(biāo)。他們確實(shí)發(fā)現(xiàn)了幾十個(gè)柯伊伯帶天體，但都不在“新視野號(hào)”攜帶的燃料所能到達(dá)的范圍內(nèi)。

直到2014年6月，太空望遠(yuǎn)鏡科研所的哈勃時(shí)間分配委員會(huì)撥付了額外的觀測(cè)時(shí)間，科學(xué)家們利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡又搜尋了數(shù)個(gè)柯伊伯帶天體，終于在2014年10月，搜尋到了3個(gè)“新視野號(hào)”太空探測(cè)器可到達(dá)的柯伊伯帶天體。這3個(gè)柯伊伯帶天體都比冥王星遠(yuǎn)了16億千米以上。其中兩個(gè)柯伊伯帶天體的直徑約為55千米，第三個(gè)約為25千米，其尺寸約為普通彗星大小的10倍，冥王星大小的1～2%。

這些潛在的柯伊伯帶天體將成為“新視野號(hào)”太空探測(cè)器今后的訪問目標(biāo)。屆時(shí)“新視野號(hào)”太空探測(cè)器會(huì)對(duì)柯伊伯帶天體拍攝圖像，并利用紅外光譜確定其成分，柯伊伯帶天體的神秘面紗也將會(huì)被揭開。我們期待“新視野號(hào)”太空探測(cè)器有新的發(fā)現(xiàn)，期待我們對(duì)太陽系獲得新的認(rèn)識(shí)。