探索太陽系的盡頭

社芝茂

提及太陽系，在同學們的腦海浮現的一定是太陽系最著名的8大行星——2006年，國際天文聯合會將之前的9大行星重新定義為8大行星，認定冥王星為矮行星，首次將其排除在大行星的行列之外。

然而，太陽系到底有多大，曾經的9大行星之一——冥王星是離太陽最遠的“行星”，是太陽系的邊緣嗎？如果在十幾年前，肯定的結論或許會得到大多數人的認可。但是現在，人們已經對太陽系的邊緣有全新的認識了，那就是柯伊伯帶。

發現柯伊伯帶

隨著深空探測技術的日新月異，有科學研究發現，太陽引力的作用范圍要超出冥王星所在位置許多倍。因此，美籍荷蘭天文學家柯伊伯的假說提出了在冥王星軌道外的廣闊空間并非真空，而是由無數個小天體組成的觀念，該區域被命名為柯伊伯帶。但直至1995年，科學家才在哈勃太空望遠鏡第一次看到該區域，并將其繪制在天文圖上。

事實上，早在19世紀50年代，荷蘭天文學家奧爾特就曾提出在太陽系的邊緣有一個巨大的冰態天體球殼，被稱作奧爾特云，云中孕育了很多的彗星，包括長周期彗星和短周期彗星。在探討長周期彗星是否能變成短周期彗星問題的過程中，科學家對冥王星是太陽系邊緣的認識提出了新的質疑。為了弄清楚太陽系邊緣究竟有什么，科學家利用冒納克亞山天文臺的2.2米口徑的天文望遠鏡，經過5年的努力，終于在1992年8月30日發現一個模糊的亮點在冥王星遙遠軌道之外緩慢移動。經過核實和計算表明，這一神秘的天體距地球約40天文單位（1天文單位為1.495億千米），國際天文學聯合會將其命名為“1992 QB1”。該天體的發現證實了柯伊伯帶的存在。

此后，經過長期的觀測表明，柯伊伯帶是一個盤狀的帶子，寬約30～55個天文單位，軌道半徑大于冥王星。

在冥王星軌道之外的很大一片區域里，太陽的引力很弱，溫度極低，因此從來都沒有過形成行星的機會。那里散布著幾萬億個冰凍體，這些冰凍體就是柯伊伯帶天體。

它們距離太陽很遠，亮度也非常暗，直接測量其尺度非常困難，只能通過亮度與尺度的關系來推算出柯伊伯帶天體的尺度。近幾年，利用斯必澤紅外太空望遠鏡，很多個頭較大的柯伊伯帶天體尺度得以測量出來。目前已發現的柯伊伯帶天體中，直徑在1000千米以上的不到10個，大多數直徑在數百千米以下甚至更小。

柯伊伯帶天體跟其他行星天體一樣有著自身的特性。其中一個特性是它們有著不同的光反射率和顏色，一般柯伊伯帶天體的光反射率在4～20%，顏色則從灰色到紅色，表明這些天體的成分和進化中的差異很大。此外，天文學家們通過觀測發現，在已發現的柯伊伯帶天體中，有超過1%的柯伊伯帶天體是雙星體。

柯伊伯帶天體是行星形成過程中的殘留物，科學家認為它極有可能包含與外太陽系形成有關的重要線索，因此探測柯伊伯帶就相當于人類對外太陽系進行一次考古發掘。然而，由于柯伊伯帶天體過于昏暗，很難獲得其紅外光譜，目前尚未有進一步的發現。不過，隨著美國航空航天局的“新視野號”太空探測器首次對冥王星拜訪的成功，親臨柯伊伯帶天體將有望實現。

2006年1月19日，“新視野號”太空探測器于美國佛羅里達州發射，將在2015年7月飛越冥王星之后，繼續穿過柯伊伯帶，進入恒星際空間。“新視野號”太空探測器為了能成為第一個有幸親臨柯伊伯帶天體的行星際探測器，從2011年起，其團隊就使用幾個最大的地基望遠鏡搜尋恰當的柯伊伯帶天體目標。他們確實發現了幾十個柯伊伯帶天體，但都不在“新視野號”攜帶的燃料所能到達的范圍內。

直到2014年6月，太空望遠鏡科研所的哈勃時間分配委員會撥付了額外的觀測時間，科學家們利用哈勃太空望遠鏡又搜尋了數個柯伊伯帶天體，終于在2014年10月，搜尋到了3個“新視野號”太空探測器可到達的柯伊伯帶天體。這3個柯伊伯帶天體都比冥王星遠了16億千米以上。其中兩個柯伊伯帶天體的直徑約為55千米，第三個約為25千米，其尺寸約為普通彗星大小的10倍，冥王星大小的1～2%。

這些潛在的柯伊伯帶天體將成為“新視野號”太空探測器今后的訪問目標。屆時“新視野號”太空探測器會對柯伊伯帶天體拍攝圖像，并利用紅外光譜確定其成分，柯伊伯帶天體的神秘面紗也將會被揭開。我們期待“新視野號”太空探測器有新的發現，期待我們對太陽系獲得新的認識。