柯伊伯带的起源

外行星和柯伊伯带的模拟:(a)木星和土星2:1共振之前,(b)在海王星轨道迁徙之后,柯伊伯带天体被散射至太阳系内 (c)柯伊伯带天体被木星排斥之后。柯伊伯带的复杂结构和精确的起源仍是不清楚的,因此天文学家在等待泛星计划 (Pan-STARRS)望远镜巡天的结果,那些应该会揭露更多不知道的柯伊伯带天体,并在测量后对它们有更多的了解。

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。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偏心率的轨道。

然而,模型仍然不能说明许多分布上的特征,引述其中一篇科学论文的叙述:这问题继续挑战分析技术和最快速的数值分析软件和硬件。

柯伊伯带的命名

杰拉德·柯伊伯(1905.12.7―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”。

柯伊伯带的研究

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,因而这个彗星储库称为“奥尔特云”或“奥尔特一欧匹克云”,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。

柯伊伯带的意义

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。

这还有一个重要问题没有解决,就是土星和木星质量为什么很大,且卫星很多,更重要的是他们几乎就是所谓的“冰”或者气体形成的行星,还有一个很明显的标志就是唯有土星和木星有绚丽的光环而其他行星没有。事实上也存在另外一种假说,太阳系形成初期,太阳首先形成,其他行星和小行星随后形成,但是这些行星内部活跃,地震和火山频发,大量气体和水汽被喷出,而这些行星因为引力不够,气体逐渐流失,他们和还未形成行星的星云一起在太阳风的作用下被逐渐推送到土星和木星,而这里异常寒冷,水汽和其他气体都凝结成冰,这些物质被强大的土星和木星捕获,甚至他们的卫星也因此收益,覆盖了厚厚的冰层,在漫长的时间积累下,太阳风中的氢和氦也逐渐被土星和木星捕获。也就是说,内圈散布出去的气体被土星和木星捕获后形成了土星和木星厚厚的冰层以及光环等,然后在天王和海王漂移的作用下,这些物质又被甩了出去,没有被土星和木星捕获的,在更远的地方形成了冰层,因为土星和木星不可能时刻出现轨道的任何位置,太阳风是球形散播出去的,被捕获的可能只是很少一部分,逃逸出去的才是主流,因为太阳风的能力也是有限的,有些冰层距离天王和海王也恰好不是太远,当天王和海王到来的时候,可能会被他们的引力摄动,所以彗星因此形成,彗星不过是水和其他气体形成的结晶,在堕落太阳的过程中,又会蒸发,蒸发后最终又会被吹到太阳系边缘,然后又可能被天王海王引力摄动,重新形成彗星,这不过是周而复始的循环运动,不过彗星在运动的过程中,会受到土星木星的强大引力,有些会堕落到土星木星上,有些可能成为他的卫星,所以彗星又成为土星和木星物质的一种来源,这又在太阳系大循环内形成了小循环,事实上太阳系不过是盖上锅盖的一个锅而已,宇宙亦然,所谓永远膨胀下去的理论不过是妄想。

结论:柯依伯不是个带,是一个球形,这个球形形成的根本原因是太阳是球形的,并且球形状进行热辐射和光波辐射,物质是太阳自身氢氧结合形成的水汽等等,就是第2点中提到的物质,在远离太阳时,水蒸气受冷形成冰,这时速度大幅度降低,部分被土星和木星捕获,而更多的是运行到更远的地方形成了球形的柯依伯

2006年8月24日,根据国际天文学联合会大会投票5号决议,部分通过新的行星标准,冥王星被排除在行星行列之外,而将其列入“矮行星”。自此九大行星成为历史,虽然教科书已经印刷的不做更改,但科学上已经为“八大行星”。

国际天文学联合会第26届大会刚刚通过了行星新定义,根据决议,冥王星被从太阳系九大行星中“除名”后,为表示该含义建议将其中文译名改为冥神星,以体现低于天王星、海王星,而与谷神星、婚神星等同属矮行星的含义。

相对于200多年前发现的谷神星和近30年前发现的卡戎,齐娜是一个完全陌生的新来者。2003UB313的编号表示科学家发现它时所依据的观测数据是2003年获得的。

齐娜的公转轨道是个很扁的椭圆,它公转一周需要560年,离太阳最近的距离是38个天文单位(1天文单位为地球到太阳的距离,约1.5亿公里),最远时为97个天文单位。由于齐娜是如此遥远,哈勃望远镜给它拍到的最好照片,也只能显示出一个分辨率极低的白色光点。

天文学家认为,齐娜的直径约2300公里至2500公里,只比冥王星略大。科学家说,齐娜的大气可能由甲烷和氮组成,它离太阳太远,大气都结成了冰;当它运动到近日点时,表面温度将有所升高,甲烷和氮会重新变成气态。至于其内部结构,还只能猜测,有可能是冰和岩石的混合物,与冥王星类似。

齐娜有一颗卫星,科学家暂时称之为加布里埃尔,他是好战公主齐娜的随从。这些非正式的名字最终都将被正式名称取代。


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