“新視野”號飛掠冥王星帶來了關(guān)于柯伊伯帶的新訊息，這樣的觀測為理解柯伊伯帶的起源和演化，打開了一扇窄窄的窗戶。

　　這是一次速度與激情的相會——“新視野”號航天器的速度達到每小時5萬公里，在24小時的飛掠過程中收集冥王星表面、大氣和環(huán)境相關(guān)的圖像和數(shù)據(jù)。

　　此前，從未有任何航天任務(wù)到達過柯伊伯帶上最明亮的成員——冥王星。而柯伊伯帶，這個位于海王星之外的龐大的、幾乎未知的區(qū)域，其中存在著數(shù)以十億計的冰冷星體，這些星體的尺寸小到幾米，大到2000多千米。

　　事實上，在短短20多年前，甚至沒有人知道柯伊伯帶的存在。這樣的觀測為理解柯伊伯帶的起源和演化，打開了一扇窄窄的窗戶。

　　把這些觀測結(jié)果綜合到一起，就像盲人摸象的寓言那樣，人們開始拼湊關(guān)于柯伊伯帶的結(jié)構(gòu)、組成和演化的更全面的圖像?，F(xiàn)在，通過新視野號對冥王星的近距離觀測，這幅圖像將會變得前所未有的清晰。

　　柯伊伯想錯了

　　1930年，一位名叫克萊德·湯博（Clyde Tombaugh）的年輕天文學(xué)家，在海王星之外發(fā)現(xiàn)了一個新星體。當(dāng)時，天文學(xué)界包括他自己都堅信，他發(fā)現(xiàn)了“X行星”（Planet X）——傳言已久的太陽系第九顆行星。在一名11歲英國女學(xué)生維尼夏·伯尼（Venetia Burney）的建議下，這顆行星被命名為“冥王星”。起初，研究人員計算得出，這顆新行星的質(zhì)量會接近地球。但到了20世紀(jì)70年代，人們認識到冥王星比月球還要小、還要輕。湯博發(fā)現(xiàn)的其實是柯伊伯帶上最明亮的成員。

　　然而，在上世紀(jì)80年代之前，沒有人會想到柯伊伯帶這個東西的存在，甚至包括杰勒德·柯伊伯（Gerard Kuiper）本人，柯伊伯帶就是以這位荷蘭裔美國科學(xué)家的名字命名的。在上世紀(jì)50年代，柯伊伯提出，緊靠海王星外的區(qū)域可能曾經(jīng)充斥著冰凍天體。不過他又認為，“大質(zhì)量行星”冥王星的引力場會將這些冰凍天體散射到深空去，因此太陽系的這片區(qū)域目前應(yīng)該是空空蕩蕩的一片。

　　“事實和預(yù)言恰恰相反”，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的天文學(xué)家戴維·C·朱維特（David C. Jewitt）說道，他是外層太陽系觀測的先驅(qū)。

　　不“嚴謹”的命名

　　幾乎在同一時間，柯伊伯的同胞簡·奧爾特（Jan Oort）猜測，那些被散射的天體，應(yīng)該形成了原彗星（proto-comet），這些彗星組成了球形云，其運行軌道距離太陽大約有1光年。他還指出，如果這些原彗星偶然闖入了內(nèi)太陽系，它就會變成一顆活躍的彗星。該機制巧妙地解釋了，為什么會存在長周期彗星。那些長周期彗星的軌道周期長達200多年，它們會從各個方向掉入內(nèi)太陽系。

　　不過，這套理論無法解釋那些短周期彗星。短周期彗星大多是沿著大行星公轉(zhuǎn)軌道平面飛來。對此，奧爾特給出的解釋是，有些長周期彗星與巨行星交會時變成了短周期彗星。幾乎沒有人能給出更好的解釋。

　　一個特殊情況是，早在上世紀(jì)40年代，愛爾蘭天文學(xué)家肯尼思·埃奇沃思（Kenneth Edgeworth）就提出一種假說，短周期彗星誕生于一個小星體聚集的、更近的地方。不過他只是順帶提及這個假說，而且沒有詳細描述?！叭绻阏J為這只能算是一個預(yù)言，那好吧，我確實沒法反駁”，邁克爾·E·布朗（Michael E. Brown）這樣評價道。布朗是加州理工學(xué)院的天文學(xué)家，他在2005年發(fā)現(xiàn)了柯伊伯帶天體鬩神星（Eris），其大小和冥王星相當(dāng)，這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致冥王星在第二年被降格為“矮行星”。顯然，布朗不認為埃奇沃思順便提及的假說只能算一個預(yù)言，但總之，當(dāng)時并沒有人重視埃奇沃思的這個想法。

　　目前很多行星科學(xué)家都認可的，關(guān)于柯伊伯帶的第一個正式預(yù)言來自烏拉圭天文學(xué)家胡里奧·費爾南德斯（Julio Fernandez）。他在1980年的一篇題為《論海王星外彗星帶之存在》（On the Existence of a Comet Belt beyond Neptune）的論文中，提出了和埃奇沃思相同的看法，不過他的論證要嚴謹、詳細得多。

　　1988年，當(dāng)時就職于加拿大多倫多大學(xué)的斯科特·特里梅因（Scott Tremaine）和同事馬丁·鄧肯（Martin Duncan）、湯姆·奎恩（Tom Quinn）一道證明了，費爾南德斯預(yù)言的星體群其實可以解釋短周期彗星的軌道和出現(xiàn)頻率。他們首次使用了“柯伊伯帶”一詞，不過，現(xiàn)在就職于普林斯頓高等研究院的特里梅因說：“這個詞可能不正確，我們應(yīng)該以‘費爾南德斯’來命名它?！?/p>

　　“大個子”去哪了

　　當(dāng)特里梅因、鄧肯與奎恩在理論上論證柯伊伯帶時，朱維特和他當(dāng)時在麻省理工學(xué)院的學(xué)生劉麗杏（Jane X. Luu），開始尋找確鑿的觀測證據(jù)。他們并不是受到理論研究的啟發(fā)才去開展搜尋，事實上他們并不知道費爾南德斯的論文，而且他們早在1986年就開始了搜尋工作，比特里梅因和同事們發(fā)表結(jié)果早了兩年。朱維特說：“我們搜尋的動機非常簡單，就是覺得外太陽系那么空蕩蕩的很奇怪?！?/p>

　　當(dāng)然，外太陽系實際上并不是那么空蕩蕩的。1992年8月，利用在夏威夷莫納克亞（Mauna Kea）死火山頂峰的2.2米望遠鏡，朱維特和劉麗杏發(fā)現(xiàn)了第一個柯伊伯帶天體，1992QB1，這是他們所謂“緩慢移動天體”探測計劃（Slow Moving Object survey）的一部分。6個月后，他們發(fā)現(xiàn)了第二個柯伊伯帶天體。雖然在當(dāng)時，朱維特和劉麗杏是唯一進行此類搜尋的研究團隊，但“天文學(xué)界很快就反應(yīng)過來了”，朱維特說。現(xiàn)在，天文學(xué)家已經(jīng)認證了大約1500個柯伊伯帶天體?；谶@一數(shù)字，他們估計柯伊伯帶大約有10萬個直徑超過100千米的物體，有近100億個直徑大于2千米的物體。朱維特說：“柯伊伯帶里小行星的數(shù)目是主小行星帶（main asteroid belt，位于火星與木星軌道之間）的1000倍，這讓我大為震驚”。

　　不過，讓許多天文學(xué)家更震驚的，不是柯伊伯帶里“有”什么，而是它“沒有”的內(nèi)容。依據(jù)最好的行星形成模型，天文學(xué)家推測，柯伊伯帶里應(yīng)該有類似地球大小、甚至比地球更大的星體。然而，柯伊伯帶里最大的星體，就是冥王星和一些與冥王星大小相近的星體，如鳥神星（Makemake）、妊神星（Haumea）、創(chuàng)神星（Quaoar） 和鬩神星，研究人員沒有發(fā)現(xiàn)一個接近大行星標(biāo)準(zhǔn)的星體?！澳抢镉性S多的星體，不過這些星體加在一起，也不超過地球質(zhì)量的十分之一，非常微不足道?！敝炀S特說。

　　在太陽系歷史早期一定發(fā)生過一些事情，才會使柯伊伯帶中最大的成員被消滅了。多年來，行星天文學(xué)家一直在爭論，當(dāng)時究竟發(fā)生了什么。利用“羅塞塔”號和“新視野”號，他們將得到一些答案。

　　巨星重排的后果

　　當(dāng)柯伊伯帶被發(fā)現(xiàn)時，物理學(xué)家已經(jīng)建立了太陽系形成模型。該模型的起源是一團巨大的、由星際氣體和塵埃組成的云團，然后這一云團坍塌形成一個旋轉(zhuǎn)的圓盤。在圓盤的核心，重力將物質(zhì)聚成一團。高溫和高密度導(dǎo)致這團物質(zhì)開始發(fā)生熱核反應(yīng)，太陽就誕生了。

　　太陽的熱量和輻射將大部分氣體和一部分塵埃吹向外圍。在靠近太陽的部分，塵埃聚集在一起，先形成小石塊，后來變成大巖石，最終變成了小行星尺寸的所謂“微行星”（planetesimal）。在行星形成的最后一個階段，數(shù)以百計的火星尺度的星體漂浮在太陽系中，它們碰撞著，不斷地破碎又聚合在一起，最終形成了我們今天看到的八大行星，不僅包括內(nèi)太陽系的固態(tài)類地行星，還有木星、土星、天王星和海王星這些氣態(tài)行星。這些行星基本是由大塊巖石構(gòu)成的，有足夠大的引力束縛住大量氣體。

　　在海王星之外，外太陽系的冰粒發(fā)生了和內(nèi)太陽系塵埃顆粒類似的過程，也形成了行星大小的星體。然而這一理論存在兩個問題：首先，天文學(xué)家沒有觀察到這些具有行星尺寸的星體。

　　第二個問題是，柯伊伯帶中的物質(zhì)太少，不足以形成任何尺寸的星體。換言之，如果認為目前柯伊伯帶中的所有物體也都來自原初的冰塵云，那么這些云的分布就太廣了，難以形成任何東西。

　　如此一來，柯伊伯帶中實際存在的物質(zhì)，與理論學(xué)家推測應(yīng)該形成的物質(zhì)，就自相矛盾了。朱維特說：“公認的解決方案是，認為在一開始，柯伊伯帶里就有比較多的物質(zhì)——30、40甚至50個地球質(zhì)量的物質(zhì)。”這些物質(zhì)的確形成了一大群星體，但不知什么原因，這些星體的數(shù)目在不斷減少。

　　至于星體不斷減少的原因，最可信的一種解釋機制是：太陽系的四大氣態(tài)巨行星（木星、土星、天王星、海王星）曾經(jīng)是堆聚在一起的，比它們今天的間距近得多。這個假說最初是由亞利桑那大學(xué)的物理學(xué)家雷努·馬爾霍特拉（Renu Malhotra）提出的。

　　馬爾霍特拉和她的幾位同事論證道，這些緊密堆擠在一起的行星，與早期大量的柯伊伯帶天體的引力相互作用，把土星、天王星和海王星推向外太陽系。與此同時，木星和柯伊伯帶天體、小行星同時相互作用，導(dǎo)致木星向內(nèi)移動。

　　這些引力相互作用不僅使行星重排，也把許多柯伊伯帶天體彈射到太陽系引力范圍的最遠端，形成了遙遠的奧爾特云，并且把許多的小行星甩進了太陽系內(nèi)層軌道。在這些遷移過程發(fā)生的某段時期，土星和木星處于了軌道共振態(tài)，土星每運行一個周期，木星恰好運行兩個周期。

　　每隔一段時間，兩大行星就會和太陽精準(zhǔn)地處于一條直線上，從而造成額外引力擾動，使得柯伊伯帶天體被劇烈地散射開，以至于99%以上的物體都被清掃了出去。它們中的一些成為了太陽引力范圍最遠端的奧爾特云的成員，另一些撞上了太陽系的內(nèi)層行星，這被稱為“后期重轟炸期”?！疤栂到?jīng)受了猛烈的捶打”，朱維特說。

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