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太阳系边缘有什么?NASA 的新视野号将探索新的世界

Kenneth Chang2019-01-02 06:57:27

太空中更遥远的地方可能存在和火星或地球大小相仿的天体,甚至可能存在一些天文学家称之为“第九大行星”的更大的天体。

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

2015 年,一架 NASA 宇宙飞船拍下了一组壮观的冥王星照片,永远改变了人们对那个世界的认知。周二,这架名为“新视野号”(New Horizons)的探测器将再次拍摄一组特写:这一次,它把镜头对准了人类有史以来探访过最遥远的天体。

新视野号将以每小时 31500 英里(约合每小时 50694 千米)的速度,从距离天体“天涯海角”(Ultima Thule)表面不超过 2200 英里(约合 3450 千米)的地方掠过,探寻有关太阳系最早时期的线索。“天涯海角”距离太阳 40 亿英里(约合 64 亿千米),位于一处许多天文学家认为没有太多研究价值的区域。

曾经人们普遍认为,所有太阳系值得关注的大型天体(太阳和九大行星)都已经被发现了。1983 年 6 月,NASA 的先驱者 10 号宇宙飞船穿过海王星的轨道时,一些报刊头条称,它已经离开了太阳系。(当时冥王星还属于行星,但它那时位于轨道最内侧,和海王星相比,距离太阳更近。)

35 年后,柯伊伯带(Kuiper belt)——先驱者 10 号当时刚刚进入柯伊伯带,新视野号之后要继续探索的也是此处)——及其远处的空间或许是太阳系最迷人的部分。在这片广阔冰冷的地带,我们可以找到线索,探寻 45 亿年前气体和尘埃如何形成太阳及包括我们居住的地球在内的各大行星。

亚利桑那大学(University of Arizona)行星科学教授雷努·马尔霍特拉(Renu Malhotra)表示:“柯伊伯带的天体研究,正在颠覆所有太阳系的研究。”

太空中更遥远的地方可能存在和火星或地球大小相仿的天体,甚至可能存在一些天文学家称之为“第九大行星”的更大的天体。技术的进步可能会引领我们走进行星发现的新时代。

但首先,天文学家们会先拿到“天涯海角”的特写(它还有个名称是“2014 MU69”,这也是它被国际天文联合会列入天体目录的名称)。人们认为,这个天体只有 12 至 22 英里(约合 19 至 35 千米)宽,研究它有助于人们了解柯伊伯带里还有什么。

“比起冥王星,我更期待看到它,”科罗拉多州博尔德(Boulder)西南研究院(Southwest Research Institute)行星科学家哈罗德·F·利维森(Harold F. Levison)说,“那肯定很酷。”

冥王星是于 1930 年被发现的。那之后的数十年里,它一直是一个古怪的小型冰天体,绕着倾斜的瘦长椭圆轨道旋转。1992 年,大卫·C·杰维特(David C. Jewitt)和刘丽杏(Jane Luu)在海王星外的这一区域,发现了比冥王星小得多的天体 Albion。

随着越来越多类似的天体被发现,冥王星看起来一点都不奇怪了。事实上,它只是后来被称为“柯伊伯带”的区域中的居民之一。“柯伊伯带”的名字取自天文学家杰拉德·柯伊伯(Gerard Kuiper)。1951 年,他曾推测,海王星外存在一圈碎片。

如今,人们已经在外太阳系发现了 2000 多个天体,而且这些天体很可能还有好几百万个。

柯伊伯带主区域内的这些天体可以分成两类。第一类天体看起来就像是在被海王星向外推。包括冥王星在内的许多这类天体都和太阳系的其他天体形成了一个倾斜的角度。

这种分布促成了如今被人广为接受的一个观点:木星、土星、天王星和海王星这些巨行星并非一直在他们现在所在的位置,而是后来移动到目前的轨道上的。

“外太阳系起源调查”(Outer Solar System Origins Survey)项目耗费四年时间系统地跟踪记录了柯伊伯带约 1000 个天体。这一信息有助于人们了解太阳系早期那些大小和地球或火星相仿的行星是怎么形成的,以及它们被抛入星际空间的过程。

参与调查的科学家们目前还没有得出任何可靠的结论。加拿大不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)教授布雷特·J·格莱德曼(Brett J. Gladman)是这一调查的主要研究人员,他表示:“我们刚刚开始把事情梳理清楚。”

第二类柯伊伯带天体也被称为“经典冷天体”(cold classicals),它们的轨道近似圆形,几乎与行星处于同一平面。这表明,太阳系诞生后,它们几乎没有受到过什么干扰。新视野号的目标“天涯海角”就是一颗柯伊伯带经典冷天体。

“它一直都很冷,”此次行动的研究负责人艾伦·斯特恩(Alan Stern)说,“它不够大,没有冥王星那样的地质引擎。它应该会是一扇真正可以窥探太阳系最早时期的窗户。”

外太阳系的天体往往是红色的。天文学家说,这是辐射引起的化学反应导致的,经典冷天体甚至更红。

数目惊人的经典冷天体中,有大约三分之一是双星。双星是指两个大小几乎相同、互相围绕旋转的天体。

在利维森博士看来,大量的行星表明,构成行星的物质是用相当温和的方式聚集起来的。那里可能很少发生碰撞,因此这类双星才能存在亿万年。

马尔霍特拉博士称,柯伊伯带外侧似乎有一点轻微的扭曲,这一迹象可能说明,有什么更大的物体对柯伊伯带施加了引力。因此,这一地区不仅可能存在与火星、地球大小相当的行星,而且这些行星现在可能还在。

格莱德曼博士同意他的看法:“我敢用我的职业生涯打赌,外太阳系存在与火星、地球大小相当的天体。”

甚至柯伊伯带外更远的地方,还有一组更加令人费解的天体。一是 2003 年被发现的塞德娜(Sedna)。最靠近内太阳系时,它距离太阳 70 亿英里,比海王星远两倍多。由于距离太远,它不会受到任何巨行星的引力影响。转到轨道上最远的地方时,它距离太阳约 870 亿英里。

哈佛-史密森天体物理研究中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)天体物理学家斯科特·J·凯尼恩(Scott J. Kenyon)说:“它真的能颠覆我们对于外太阳系情况的认知。”

之后,人们发现了更多运行轨道和塞德娜类似的天体。一些天文学家说,这些轨道从各个方面来看都很类似,说明它们受到了一颗迷你海王星的影响。这颗被称为“第九大行星”的行星在距离太阳 200 亿多英里的一条椭圆轨道上慢速运行。(海王星距离太阳约 28 亿英里。)

凯尼恩博士说:“就我们所知,这是最有可能的情况。”

还有些科学家认为,第九大行星并不存在。利维森博士说:“我从没想过它是真的。”他想象不出这么大一颗行星怎么能在这么远的轨道上运行。

格莱德曼博士表示,他的调查数据分析显示,没有迹象可以证明第九大行星产生了任何影响。

天文学家对柯伊伯带中更小的天体也充满了好奇。这些天体小到无法用望远镜观测,新视野号掠过“天涯海角”也有助于观测这些天体。

新视野号在冥王星和它最大的卫星冥卫一(Charon)上观测到的小陨石坑比预期中更少。这表明,柯伊伯带中和较大型天体碰撞的小型天体可能比人们想象得更少。(还有一种观点认为,冥王星和冥卫一上存在某些能够消除较小陨石坑的反应。)

这可能会提供有关行星形成的关键线索。尘埃颗粒不是慢慢聚合,一点点变成更大的团块的。相反,这一过程可能更快:它们形成的团块会立刻崩塌成大块的岩石和冰块。

格莱德曼博士和他的同事近来发表了一篇论文,预测了“天涯海角”表面陨石坑大小的分布。

新视野号掠过该区域后获得的数据要到 2020 年底才会慢慢传回地球,因此他们无法很快得知这一预测的对错。

另一方面,“有可能第一张图片传回来的时候我们就知道我们全错了,”格莱德曼博士指出,“这只是个预测,作预测是件很有趣的事。”


翻译:熊猫译社 钱功毅

题图版权:ASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

© 2019 THE NEW YORK TIMES

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