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带你认识认识太阳系屯子角落里的老少爷们——深入柯伊伯带

 天文在线 2023-04-08 发布于云南

冥王星在柯伊伯带的位置

作为第一个被发现的柯伊伯带天体,冥王星在1930被发现,在此之前天文学家曾认为海王星之外不会存在大量的冰质天体。今天,它被称为“柯伊伯带之王”——它是该区域最大的天体,尽管另一个大小相仿的天体阋神星(Eris)在质量上比它还稍大一点。冥王星的轨道与海王星的轨道是共振的,也就是说冥王星的轨道是稳定的,会周期性地与海王星的轨道交叉。

海王星每公转三圈,冥王星就公转两圈,在这一过程中,冥王星从来不会靠近海王星到会被它的引力过度影响的距离——事实上,虽然冥王星是和海王星的轨道相交叉,可它在物理上和海王星的距离还没有它和天王星近呢。

由新视野号拍摄到的冥王星真实色彩照片,摄于2015年7月,作者 NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker

柯伊伯带的卫星和双星

很多柯伊伯带天体都会有伴有卫星——也就是围绕它们运行的小得多的天体——或者就是和另外一颗天体组成双星系统。双星是一对大小或质量相对相似的天体,它们围绕着位于彼此之间的一个点(共享质心)运行。而一些双星实际上会互相接触,形成类似花生的形状,也就是所谓的相接双星。

阋神星和阋卫一的想像图。阋神星是主天体,阋卫一是上方的小灰点。左上方发光的物体是太阳。

冥王星,阋神星,妊神星和创神星都是柯伊伯带天体中拥有卫星的天体。望远镜观测显示,美国国家航空航天局新视野号探测器2019年飞越的目标,即“天涯海角”2014 MU69,就是一个相接双星。

新视野号拍摄的2014 MU69影像 发现

有趣的一点是,柯伊伯带的双星中的大多数可能都是极其古老而原始的、自形成以来几乎没有改变的天体。关于这些双星如何形成的各种理论都暗示着,形成目前的那些双星,需要一个拥有比目前柯伊伯带所拥有的更多的天体的环境。目前一个主流的理论是,双星可能是柯伊伯带天体之间低速碰撞的结果,它们在碰撞中幸存了下来,并由于相互的引力而粘在一起。

天文学家杰吉拉德·柯伊伯,柯伊伯带就是以他的名字命名的。

这种碰撞可能在数十亿年前更为常见,当时大多数柯伊伯带天体都有着彼此相似的,轨道更圆,距离行星的平面(称为黄道)更近的运行轨道。今天,这样的碰撞已经很少见了。它们往往也是更具破坏性的,因为现在很多柯伊伯带天体的轨道是倾斜或椭圆形的,这意味着它们会以更大的力量去相互碰撞并分裂。

以半长轴为准的轨道分类。

和彗星的关系

柯伊伯带是彗星的来源之一。今天,人们认为柯伊伯带正在慢慢地消耗着自己。那里的天体偶尔会发生碰撞,碰撞过程中会产生更小的柯伊伯带天体(其中一些可能会变成彗星),而产生的尘埃则会被太阳风吹出太阳系。柯伊伯带天体碰撞产生的碎片会被海王星的引力推入朝太阳方向运动的轨道,在更远处的木星的作用下,这些碎片会在不超过二十年的时间里短期绕日运行。

因为它们频繁地进入太阳系内部,大多数彗星都会相当快地耗尽它们的挥发性冰质内核,最终成为休眠或死亡的彗星,几乎没有或根本没有任何活动。研究人员发现,一些近地小行星实际上是燃烧殆尽的彗星,它们中的大多数可能就起源于柯伊伯带。许多彗星撞向太阳或行星。而那些与木星有近距离接触的彗星往往会被撕裂,或被完全抛出太阳系。

彗星的另一个来源是奥尔特云,在高度倾斜轨道上的长周期彗星大多来自奥尔特云。

通过近日点不久的海尔-博普彗星,摄于1997年4月4日

其它天体群

柯伊伯带中的大多数天体都位于柯伊伯带的主体部分中或呈圆盘状散布在主体四周,但也有一些其它的天体群围绕着太阳在柯伊伯带的内部或外部运行。这些额外的天体群可能最初来自柯伊伯带,但已经被海王星或另一颗大质量行星的引力拉出了主要区域。

分离的柯伊伯带天体

分离的柯伊伯带天体的轨道距离太阳从未小于过40个天文单位,这使得它们与大多数柯伊伯带天体不同。柯伊伯带天体的轨道至少有一部分位于距太阳40至50 个天文单位的区域。

由于它们的轨道距离并不接近海王星到太阳的距离(约30天文单位),这些分离的天体似乎不太可能是由于与这颗巨大行星的相互作用而被拉出柯伊伯带的。科学家们认为可能是其他的力量在起作用,比如可能是一颗未被发现的巨大行星(在一个非常遥远的轨道上)、或者经过的恒星的引力,或者是很久以前形成的柯伊伯带的引力扰动。

半人马小行星

半人马小行星是在木星和海王星轨道之间的空间中运行的天体。在这些轨道上,它们与巨行星的引力有很强的相互作用。由于这些强大的引力相互作用,大多数天体注定要么被抛出太阳系,要么被推入太阳系内部,成为彗星,要么撞向太阳和行星。

已知外太阳系天体的位置,半人马小行星(橘色)躺在古柏带(绿色)的内侧。

这个过程——半人马小行星的消亡,正在进行中。一个典型的半人马小行星需要数千万年的时间才会消失,因此,现在有半人马小行星存在的事实证明了它们来自其它地方。天文学家认为最可能的解释是,它们是相对较晚从柯伊伯带逃脱的。半人马小行星被认为是散乱的天体群,就像那些散布在柯伊伯带圆盘上的天体一样。不同之处在于,半人马小行星是被海王星推引到离太阳更近的地方,而不是更远的地方。

在冒纳凯阿火山顶部的望远镜阵列, 在这里“柯伊伯带”被发现。

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翻译:天文志愿文章组- Randolph Carter

审核:天文志愿文章组-

排版:零度星系

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:

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