色 影院 柯伊伯带： 留下太阳系也曾的表情
“新视线”号飞掠冥王星带来了对于柯伊伯带的新音问色 影院，这么的不雅测为交融柯伊伯带的发温和演化，掀开了一扇窄窄的窗户。
这是一次速率与样子的相会——“新视线”号航天器的速率达到每小时5万公里，在24小时的飞掠经由中集聚冥王星名义、大气和环境磋商的图像和数据。
此前，从未有任何航天任务到达过柯伊伯带上最亮堂的成员——冥王星。而柯伊伯带，这个位于海王星除外的遍及的、简直未知的区域，其中存在着数以十亿计的冰冷星体，这些星体的尺寸小到几米，大到2000多千米。
事实上，在短短20多年前，以致莫得东说念主知说念柯伊伯带的存在。这么的不雅测为交融柯伊伯带的发温和演化，掀开了一扇窄窄的窗户。
把这些不雅测终了抽象到一齐，就像盲东说念主摸象的寓言那样，东说念主们出手免强对于柯伊伯带的结构、组成和演化的更全面的图像。目下，通过新视线号对冥王星的近距离不雅测，这幅图像将会变得前所未有的了了。
柯伊伯想错了
1930年，一位名叫克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）的年青天体裁家，在海王星除外发现了一个新星体。其时，天体裁界包括他我方齐笃信，他发现了“X行星”（Planet X）——传言已久的太阳系第九颗行星。在又名11岁英国女学生维尼夏·伯尼（Venetia Burney）的建议下，这颗行星被定名为“冥王星”。开头，参谋东说念主员计较得出，这颗新行星的质料会接近地球。但到了20世纪70年代，东说念主们刚劲到冥王星比月球还要小、还要轻。汤博发现的其实是柯伊伯带上最亮堂的成员。
关联词，在上世纪80年代之前，莫得东说念主会意想柯伊伯带这个东西的存在，以致包括杰勒德·柯伊伯（Gerard Kuiper）本东说念主，柯伊伯带就所以这位荷兰裔好意思国科学家的名字定名的。在上世纪50年代，柯伊伯提议，紧靠海王星外的区域可能也曾充斥着冰冻天体。不外他又认为，“大质料行星”冥王星的引力场会将这些冰冻天体散射到深空去，因此太阳系的这片区域目下应该是空空荡荡的一派。
“事实和预言恰巧相背”，加利福尼亚大学洛杉矶分校的天体裁家戴维·C·朱维特（David C. Jewitt）说说念，他是外层太阳系不雅测的前驱。
不“严谨”的定名
简直在合并时候，柯伊伯的本族简·奥尔特（Jan Oort）猜测，那些被散射的天体，应该形成了原彗星（proto-comet），这些彗星组成了球形云，其运行轨说念距离太阳大要有1光年。他还指出，若是这些原彗星有时闯入了内太阳系，它就会变成一颗活跃的彗星。该机制高明地解释了，为什么会存在长周期彗星。那些长周期彗星的轨说念周期长达200多年，它们会从各个标的掉入内太阳系。
不外，这套表面无法解释那些短周期彗星。短周期彗星大多是沿着大行星公转轨说念平面飞来。对此，奥尔特给出的解释是，有些长周期彗星与巨行星交会时变成了短周期彗星。简直莫得东说念主能给出更好的解释。
一个很是情况是，早在上世纪40年代，爱尔兰天体裁家肯尼念念·埃奇沃念念（Kenneth Edgeworth）就提议一种假说，短周期彗星降生于一个小星体蚁集的、更近的所在。不外他只是顺带说起这个假说，而且莫得详备刻画。“若是你认为这只可算是一个预言，那好吧，我如实没法反驳”色 影院，迈克尔·E·布朗（Michael E. Brown）这么评价说念。布朗是加州理工学院的天体裁家，他在2005年发现了柯伊伯带天体阋神星（Eris），其大小和冥王星相配，这一发现导致冥王星在第二年被降格为“矮行星”。彰着，布朗不认为埃奇沃念念趁便说起的假说只可算一个预言，但总之，其时并莫得东说念主可爱埃奇沃念念的这个主义。
目下许多行星科学家齐招供的，对于柯伊伯带的第一个说明预言来自乌拉圭天体裁家胡里奥·费尔南德斯（Julio Fernandez）。他在1980年的一篇题为《论海王星外彗星带之存在》（On the Existence of a Comet Belt beyond Neptune）的论文中，提议了和埃奇沃念念相似的主张，不外他的论证要严谨、详备得多。
1988年，其时接事于加拿大多伦多大学的斯科特·特里梅因（Scott Tremaine）和共事马丁·邓肯（Martin Duncan）、汤姆·奎恩（Tom Quinn）一说念解说了，费尔南德斯预言的星体群其实不错解释短周期彗星的轨说念和出现频率。他们初度使用了“柯伊伯带”一词，不外，目下接事于普林斯顿高级参谋院的特里梅因说：“这个词可能不正确，咱们应该以‘费尔南德斯’来定名它。”
“大个子”去哪了
当特里梅因、邓肯与奎恩在表面上论证柯伊伯带时，朱维特和他其时在麻省理工学院的学生刘丽杏（Jane X. Luu），出手寻找真正的不雅测凭证。他们并不是受到表面参谋的启发才去开展搜寻，事实上他们并不知说念费尔南德斯的论文，而且他们早在1986年就出手了搜寻责任，比特里梅因和共事们发表终了早了两年。朱维特说：“咱们搜寻的动机终点节略，便是以为外太阳系那么空荡荡的很奇怪。”
天然，外太阳系骨子上并不是那么空荡荡的。1992年8月，期骗在夏威夷莫纳克亚（Mauna Kea）死火山顶峰的2.2米千里镜，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“冉冉转移天体”探伤缱绻（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。固然在其时，朱维特和刘丽杏是唯独进行此类搜寻的参谋团队，但“天体裁界很快就反馈过来了”，朱维特说。目下，天体裁家还是认证了大要1500个柯伊伯带天体。基于这一数字，他们揣测柯伊伯带大要有10万个直径卓绝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量是主小行星带（main asteroid belt，位于火星与木星轨说念之间）的1000倍，这让我大为恐慌”。
不外，让许多天体裁家更恐慌的，不是柯伊伯带里“有”什么，而是它“莫得”的内容。依据最佳的行星形成模子，天体裁家推测，柯伊伯带里应该有肖似地球大小、以致比地球更大的星体。关联词，柯伊伯带里最大的星体，便是冥王星和一些与冥王星大小操纵的星体，如鸟神星（Makemake）、妊神星（Haumea）、创神星（Quaoar） 和阋神星，参谋东说念主员莫得发现一个接近大行星轨范的星体。“那处有许多的星体，不外这些星体加在一齐，也不卓绝地球质料的十分之一，终点微不及说念。”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，行星天体裁家一直在争论，其时究竟发生了什么。期骗“罗塞塔”号和“新视线”号，他们将赢得一些谜底。
巨星重排的成果
当柯伊伯带被发当前，物理学家还是设立了太阳系形成模子。该模子的发祥是一团巨大的、由星际气体和尘埃组成的云团，然后这一云团坍弛形成一个旋转的圆盘。在圆盘的中枢，重力将物资聚成一团。高平和高密度导致这团物资出手发生热核反馈，太阳就降生了。
太阳的热量和放射将大部分气体和一部分尘埃吹向外围。在鸠集太阳的部分，尘埃蚁集在一齐，先形成小石块，自后变成大岩石，最终变成了小行星尺寸的所谓“微行星”（planetesimal）。在行星形成的临了一个阶段，数以百计的火星门径的星体飘摇在太阳系中，它们碰撞着，延续地幻灭又团员在一齐，最终形成了咱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组成的，有裕如大的引力照拂住多数气体。
在海王星除外，外太阳系的冰粒发生了和内太阳系尘埃颗粒肖似的经由，也形成了行星大小的星体。关联词这一表面存在两个问题：最先，天体裁家莫得不雅察到这些具有行星尺寸的星体。
第二个问题是，柯伊伯带中的物资太少，不及以形成任何尺寸的星体。换言之，若是认为目下柯伊伯带中的统统物体也齐来自原初的冰尘云，那么这些云的永诀就太广了，难以形成任何东西。
如斯一来，柯伊伯带中骨子存在的物资，与表面学家推测应该形成的物资，就格格不入了。朱维特说：“公认的处分决策是，认为在一出手，柯伊伯带里就有比拟多的物资——30、40以致50个地球质料的物资。”这些物资确切形成了一大群星体，但不知什么原因，这些星体的数量在延续减少。
至于星体延续减少的原因，最真正的一种解释机制是：太阳系的四大气态巨行星（木星、土星、天王星、海王星）也曾是堆聚在一齐的，比它们今天的间距近得多。这个假说率先是由亚利桑那大学的物理学家雷努·马尔霍特拉（Renu Malhotra）提议的。
马尔霍特拉和她的几位共事论证说念，这些精良堆挤在一齐的行星，与早期多数的柯伊伯带天体的引力互相作用，把土星、天王星和海王星推向外太阳系。与此同期，木星和柯伊伯带天体、小行星同期互相作用，导致木星向内转移。
这些引力互相作用不仅使行星重排，也把许多柯伊伯带天体弹射到太阳系引力领域的最远端，形成了远处的奥尔特云，况兼把许多的小行星甩进了太阳系内层轨说念。在这些迁徙经由发生的某段工夫，土星和木星处于了轨说念共振态，土星每运行一个周期，木星恰好运行两个周期。
每隔一段时候，两大行星就会和太阳精确地处于一条直线上，从而形成非常引力扰动，使得柯伊伯带天体被剧烈地散射开，以至于99%以上的物体齐被清扫了出去。它们中的一些成为了太阳引力领域最远端的奥尔特云的成员，另一些撞上了太阳系的内层行星，这被称为“后期重轰炸期”。“太阳系剿袭了荼毒的捶打”，朱维特说。
一张太阳系的“老相片”
好意思国西南参谋院的物理学家戴维·尼斯沃尼（David Nesvorny）将这一假说又上前鼓动了一步。他认为，太阳系大概也曾存在第五颗气态巨行星，在这个剧烈的重排经由中，它可能被弹射到星际空间去了。
若是巨行星的重排果真发生过，那就不错解释，为什么柯伊伯带中莫得大星体：那些不错用来形成大星体的材料还是被长久地清空了，因此只是形成了那些肖似微行星的物体——微行星是指那些小的原行星（proto-planet），大行星即由这些微行星团员而成。从这个真理来说，柯伊伯带就像一张快照，将行星形成经由刚刚出手数百万年时内层太阳系的表情，长久地定格了下来。
麻省理工学院的行星科学家希尔克·施利希廷（Hilke Schlichting）说：“现存的行星形成机制中，最大的省略情在于微行星的形成，它们是若何形成的？它们有多大？”这些信息在太阳系内层早已无处寻觅，不外借助不雅测和模子，她和共事们指出，若是假定组成柯伊伯带天体的冰冻微行星的直径大要为1千米，那么就不错解释今天不雅测到的柯伊伯带天体的大小和永诀了。对这些微行星门径的揣测，可能也适用于内层行星。她说：“经过数十年的猜测后，咱们终于要出手了解行星形成的运转条款了。”
稿件来源：宇宙科学（《科学好意思国东说念主》汉文版）
撰文：迈克尔·D·勒莫尼克（Michael D. Lemonick）
翻译：易疏序色 影院