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超越九大行星

我们才刚刚开始发现太阳系有多么浩瀚和奇特。

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1910年哈雷彗星的修复图像。图片由洛厄尔天文台/NOAO/AURA/NSF提供

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小时候,Mike Brown具备了一个天文学家的一切特质:太空书籍、火箭图画和房间墙上的行星海报。海报上的冥王星被描绘成“这颗疯狂而非常古怪的行星,”他说。“它是每个人最喜欢的古怪行星。”如今在加州理工学院任职的天文学家Brown仍然记得他学过的行星名称助记法:Martha visits every Monday and (a代表小行星) just stays until noon, period。“‘period’(句号),代表冥王星,总让我感到可疑,”Brown笑着说。“它似乎不搭。所以也许那时我第一次有了冥王星不属于行星的想法。”

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Brown童年的洞察现在听起来像是一种预兆。2006年8月,国际天文学联合会正式将冥王星降级,将其归入新的“矮行星”类别,即能够被自身引力塑造成球形,但不足以清除其轨道上其他天体的环绕太阳天体。IAU最近宣布冥王星和另外两个新发现的天体为“类冥天体”,它们是明亮的矮行星,主要在海王星轨道之外运行。这一决定颇具争议,并且由于这个冰冷区域的新发现而持续引发抗议。

这些遥远的宇宙天体是已知最大的柯伊伯带成员。柯伊伯带是一个由岩石和冰块组成的天体带,它们围绕太阳运行,从海王星之外延伸到近50亿英里。无论你如何称呼它们,有一点是毋庸置疑的:冥王星不再是荒凉前沿上孤独的哨站。一系列的发现表明,它仅仅是通往一个浩瀚而神秘的荒野的入口,那里 teeming with an uncount-able number of unusual objects。它们形状、颜色和大小各异,许多拥有自己的卫星,一些位于被海王星推挤或被流星体拉扯的奇特轨道上。很可能还会发现更奇特的天体,因为天文学家们才刚刚开始探索这片广阔的新领域。

在20世纪40年代和50年代,天文学家Kenneth EdgeworthGerard Kuiper各自独立预测,海王星轨道之外存在一个冰石的储存库。其中许多天体变成了短周期彗星,轨道周期为200年或更短,它们会冲向太阳,穿越大多数行星的轨道。除冥王星(1930年发现)外,第一个官方的柯伊伯带天体直到1992年才被天文学家Jane Luu和David Jewitt发现。自那以后,在长达20亿英里的埃奇沃思-柯伊伯带(通常缩写为柯伊伯带)中,已探测到超过1,200个天体,包括比冥王星还大的Eris。几乎所有最大的天体都是由Brown及其同事发现的。柯伊伯带中可能存在超过10万个直径至少30英里(约48公里)的天体。

但我们的太阳系并未就此止步。在柯伊伯带的遥远之处,是神秘的奥尔特云,一个球形壳层,延伸至星际空间的边界,并向太阳喷射其自身的暗冰球。那里可能潜藏着数万亿个天体。有些可能和水星或火星一样大。科学家们说,这些遥远世界承载着行星诞生之前太阳系的历史。每一个柯伊伯带天体和奥尔特云中的实体都是地质化石,在低温下保存完好,几乎未被时间改变,并且由形成太阳系的物质组成。理解它们的构成——以及它们为何会存在于如今的位置——将有助于科学家重建我们行星邻居和太阳年轻时期(当时它只是众多恒星中的一颗)的原始时刻。


给天体命名 科学命名几乎无法跟上天文学家目前在太阳系中发现的各种天体的速度。未来的发现无疑会提出新的分类,并进一步模糊旧分类的界限。在此期间,这是一份已知居民的野外指南。

行星,根据IAU的定义,是围绕太阳运行、因自身引力而呈球形且清除了其轨道上其他天体的天体。并非所有天文学家都接受这一定义。

矮行星

与行星相似,但太小而无法清除其轨道上的其他天体。大多数位于海王星轨道之外,因此被称为类冥天体,这是一个子类别,以其群体中最著名的成员命名。

小行星

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是岩石、金属或碳质天体,其太阳轨道将它们带到火星之外,进入所谓的“小行星带”。它们通常没有足够的引力来维持大气层。内太阳系(木星以内)小行星的最新统计数量在110万到190万之间。

彗星

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是具有椭圆轨道的冰质天体。来自柯伊伯带的彗星轨道周期小于200年。长周期彗星起源于奥尔特云更远的地方。已知彗星数以千计,但可能还有数万亿颗。

古典柯伊伯带天体 围绕太阳运行,距离太阳39亿至45亿英里。它们有时被称为cubewanos,以1992年发现的第一个柯伊伯带天体QB1命名。

共振柯伊伯带天体 与海王星同步运行。冥王星是原型,它围绕太阳运行两次,而海王星围绕太阳运行三次。大多数已知的RKBOs被认为具有类似的2:3共振轨道,因此被称为plutinos。约有100个具有共振轨道的其他天体已被探测到。

散乱柯伊伯带天体 具有高度偏心和倾斜的轨道,将它们从距离太阳约33亿英里带到近1000亿英里。它们可能被海王星的引力推到了这些遥远的轨道上。

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深红、巨大且遥远,赛德娜是一个谜。自发现以来,外太阳系中大型奇特天体的成员已经增加到包括Eris和2005年发现的类冥天体Makemake。图片由NASA提供

更深更远地探索 尽管天文学家们热衷于寻找太阳系外的行星,但一些最令人兴奋的发现可能就在我们身边。

帕洛玛天文台巡天 自1998年以来,Mike Brown、Gemini North Observatory的Chad Trujillo以及耶鲁大学的天文学家David Rabinowitz一直在南加州的帕洛玛山使用48英寸的Samuel Oschin望远镜,扫描柯伊伯带及其更远区域,寻找亮度是冥王星二百分之一的天体。每晚,112个电荷耦合器件(CCD)组成的图像阵列会拍摄下一小片天空的数字图像。到目前为止,该搜寻已发现了近100个新天体。

深黄道巡天 在这项研究中,连接在亚利桑那州图森附近基特峰国家天文台的3.8米Mayall望远镜上的八个CCD探测器组成的图像阵列,扫描了直径小至30英里(约48公里)的微弱柯伊伯带天体。另一台相同的相机连接在智利拉塞雷纳的Blanco望远镜上。总而言之,该巡天探测到499个天体。该研究的前负责人Robert Millis表示,目标是发现足够多的遥远天体,以开始了解柯伊伯带的规模、这些天体在空间中的三维分布及其轨道。目前该小组正在进行后续研究,并致力于改进观测技术。

Spacewatch 每月一部分时间,基特峰斯图尔德天文台的0.9米和1.8米望远镜会扫描天空,寻找彗星、飞向地球的小行星以及太阳系中的其他小型天体。虽然柯伊伯带天体不是Spacewatch的主要目标,但该项目的**天文学家们确实发现了直径560英里(约900公里)的Varuna,这是一颗潜在的矮行星。**

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台湾-美国掩食巡天 天文学家正在使用四台小型机器人望远镜同时扫描同一片天空。这些望远镜会寻找远距离恒星因柯伊伯带天体短暂从其前方经过而引起的轻微变暗。希望能够探测到直径小至三分之一英里(约0.5公里)的天体。该巡天每晚监测2,000颗恒星。


新视野号 NASA正在为一次历史性的首次探测寒冷世界冥王星及其卫星卡戎做准备。代号为New Horizons的探测器重1000磅,耗资5.5亿美元,于2007年2月绕过木星进行引力加速,并计划于2015年7月抵达。它将拍摄冥王星和卡戎的首批近距离图像,用可见光相机绘制其表面特征,用近红外光谱仪研究其成分,并用紫外光谱仪和无线电波监测冥王星稀薄的大气层。

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最近距离将使探测器接近冥王星表面6000英里(约9656公里)。在众多目标中,NASA科学家希望New Horizons能阐明冥王星与海王星的卫星海卫一(Triton)的关系,海卫一在大小、质量和成分上都与冥王星相似。它们是姐妹世界还是历史上独立的实体?2015年后,该航天器将 venturing farther out into the Kuiper belt(进入柯伊伯带更远的地方),在那里它将花费五年或更长时间研究至少一个(直径30至60英里)的小型天体。

“这是我们第一次深入探索冰冷、古老的太阳系外围,”行星科学家Alan Stern说。“这是人类所做的,是伟大文明所做的:他们探索并创造历史。”


了解你的太阳系2.0 这不再仅仅是关于行星的问题。在过去的十年里,天文学家们在柯伊伯带发现了数百个天体,其中一个(Eris)甚至比冥王星还大。无数个天体等待着被发现。即使是遥远的奥尔特云也正成为科学关注的焦点。这些遥远区域保存着数万亿个岩石、冰封的见证,揭示了太阳的早期历史和太阳系的形成。在空间尺度和信息潜力方面,它们才是真正的太阳系——过去、现在和未来。

内太阳系:0–5.2天文单位(AU) 内太阳系包括从太阳到(但不包括)木星(距离4.83亿英里)之间的所有天体。整个太阳系大约在45亿年前由一个塌缩的尘埃和气体盘形成。被称为“原行星”的巨石大小天体群缓慢聚集,形成了岩石行星——水星、金星、地球和火星——以及它们的各种卫星。剩余的残骸至今仍存在于小行星带中。更远的地方,远离太阳的温暖,氢和氦等气体得以保留并聚集,形成了气态外行星:木星、土星、天王星和海王星。

小行星带 2.3–3.3 AU(主带) 大多数小行星围绕太阳运行,距离太阳约2.1亿英里,位于火星和木星的轨道之间。一小部分天体运行在约3.7亿英里处;第三组占据与木星相同的轨道(但不在同一位置)。至少有100颗小行星直径在一英里或以上,约有十几个直径为200英里。其中最大的谷神星(Ceres)直径为600英里,现被视为矮行星。

一个天文单位(AU)等于太阳到地球的距离,约9300万英里。

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柯伊伯带:30–50 AU 柯伊伯带是一个巨大的冰石储存库,从距离太阳约30亿英里、海王星轨道之外延伸到50亿英里。在此之外,探测到的天体数量急剧下降,直到到达奥尔特云。可能存在数十亿个柯伊伯带天体,其中包括至少35,000个直径超过60英里(约97公里)的天体。Eris是已知天体中最大且最远的;那里还有一些真正奇特的物体。2003 EL61看起来像一个被压扁的橄榄球,在太空中翻滚前进,拖着两颗卫星和一串冰碎片。冥王星曾被认为是唯一拥有卫星(卡戎)的行星,但现在已知有数十个柯伊伯带天体拥有这样的伴侣。

柯伊伯带中的大多数天体被认为是在它们现在所在的位置附近形成的,并且许多在平均-375华氏度(约-224摄氏度)的温度下几乎未受干扰地保持着。它们的颜色各异,从灰色到深红色,但都被认为是一半冰一半岩石。偶尔,来自海王星的引力扰动会将柯伊伯带天体推向太阳。然后,受热的冰升华,产生一个明亮的、发光气体的辉光,围绕着岩石拖尾:这就是彗差和彗尾。

奥尔特云 10,000–100,000 AU 整个太阳系被奥尔特云包围,这是一个巨大的休眠彗星球体,延伸到9万亿英里之外的空间。该云层估计包含数万亿个松散的尘埃和挥发性气体团块,它们是形成行星的物质的近乎完美的样本。

荷兰天文学家Jan Hendrik Oort于1950年首次提出了该云层的存在,以解释周期超过200年的彗星的奇特路径。该模型表明,该云层的物质最初位于更近的地方,接近木星和其他气态巨星,直到与这些行星的引力相互作用将原始碎片抛入远方。奥尔特云中只剩下5%的原物质;其余的已被完全驱逐出太阳系。

随着时间的推移,经过的恒星的引力拉扯扰乱了外奥尔特云天体的轨道,使其围绕太阳运行的先前整齐、平坦的路径消失。(内奥尔特云,位于距离太阳数千天文单位处,其轨道确实保留了一些起源的痕迹,因此这部分云层被认为是更扁平的。)外围的球形云花了大约10亿年才形成,使其成为太阳系中最年轻的结构。

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