柯伊伯帶的藍色入侵者

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入侵柯伊伯帶的藍色雙天體系統

天文學家們在經典的柯伊伯帶天體中追蹤到了一種新類型的天體。它們並非來自柯伊伯帶，因此它們或許能夠為早期的太陽系和海王星外側行星的遷移提供有價值的信息。

太陽系有序的部分是由八大行星和它們的衛星組成的：四個岩石行星和四個氣態行星加上它們的衛星，它們數億年的、不受干擾的，在龐大的軌道上圍繞著太陽運行。嗯…雖然在火星和木星之間的小行星帶會有些混亂，但是也多少正常的運行著。

距離太陽更遠一些，在海王星之外，就是太陽系中比較混亂的地帶了——柯伊伯帶。它距離太陽大約30AU，最遠可以達到50AU。（AU，日地平均距離。1AU=1.496億千米）

早期的碎片

已知的最長的柯伊伯帶天體（縮寫：KBO，Kuiper belt object）是1930年被發現的矮行星冥王星。柯伊伯帶中有無數不同類型的天體，其中直徑超過100km的天體大約有7萬多個，更小的更是不計其數。面對這種混亂的狀況我們不禁會問：究竟發生了什麼？

除了冥王星，第一個柯伊伯帶天體在1992年被發現之後，天文學家們就試圖尋找答案。就像他們發現的一樣，柯伊伯帶的居民主要是46億年前的早期太陽系碎片。但是這其中具有明確特徵的目標只有大約2000個。

根據它們的軌道元素，天文學家們將其分成了三類：經典柯伊伯帶天體，與太陽的平均距離在41-50AU之間，占所有柯伊伯帶天體的三分之二。大部分經典柯伊伯帶天體的軌道在行星的軌道平面上，呈近似圓形。其中包括（135472）鳥神星和（136108）妊神星，五顆公認矮行星中的兩顆。科學家們推測，經典柯伊伯帶天體就是在我們現在觀測到的這片區域內誕生的。

第二種是共振柯伊伯帶天體，它們與海王星處於共振的狀態。共振意味著它們圍繞太陽公轉的周期與海王星圍繞太陽公轉的周期是整數比。其中包括冥王星，柯伊伯帶最明亮的天體。共振柯伊伯帶天體248天的公轉周期與海王星165年的周期大約是2:3。

最後一種被稱為離散柯伊伯帶天體，它們比其他兩種柯伊伯帶天體運行在更加偏心的軌道上，有些甚至能運行至距離太陽2000AU之遠。這也是它們很多沒有被發現的原因。矮行星（136199）鬩神星就屬於這種類型。

更清晰的觀察

現在，北愛爾蘭貝爾法斯特女王大學的Wesley Fraser率領的天文學家在學術期刊《自然天文學》上發布了文章：他們在經典柯伊伯帶天體中發現了一類全新的天體，但它們可能並非來源於經典柯伊伯帶。到目前為止，沒有人注意到過這些天體。但是這並不奇怪，因為它們與太陽的距離、軌道的傾角無法與經典柯伊伯帶天體區分。

不同的是：這些天體都是藍色的，也許說「更藍」更加符合。更加準確的說：它們的紅色比經典柯伊伯帶天體更少。經典柯伊伯帶天體在電磁光譜的範圍內呈現深紅色，而Fraser的團隊的新發現天體則偏向粉色和藍色。但顏色並不是它們唯一不同尋常的特徵：它們幾乎都是成對的，作為一個雙天體系統。

在經典柯伊伯帶中，天文學家們發現了一類新的天體，它們比其他任何一個柯伊伯帶天體顯得更藍，而且幾乎都是成對存在的。在這四個圖片中，黑色虛線的位置代表了兩個物體之間的距離。平均直徑為12742km的地球作為比較。

這些奇特的天體引力了OSSOS（Outer Solar System Origins Survey）和ColOSSOS計劃的研究者們的興趣。為此參與者們使用了位於夏威夷的北雙子望遠鏡和加拿大-法國-夏威夷望遠鏡（CFHT）觀察這些天體。

藍色從哪裡來？

物體不同的顏色表明其化學組成上存在差異，更準確的說這些碎塊的表面上發生過不同的化學反應過程。由此，Fraser和他的同事們得出一個結論，藍色的雙體統天體侵入到了經典柯伊伯帶中，它們並不誕生於此。那麼是哪裡呢？

通過觀測和模擬，研究者們得到了這些藍色的雙系統天體是如何到達現在的軌道的情景：這些入侵者形成於更加靠近太陽的地方，大約是38AU。如今，這個區域內幾乎沒有天體，因為海王星通過引力收集或移動了天體，清掃了這片區域。

圖中彩色的點代表在太陽系外側的柯伊伯帶中1700多個已知的天體。三個白色的大圓圈代表距離太陽的距離，從內到外分別為30、50和100AU。柯伊伯帶中的天體都有著不同的起源、大小、軌道和構成。空心的白色圓圈代表了10個最大的矮行星。

對此有一個假說：海王星最初比現在更靠近太陽，之後漸漸的向現在所在的方向移動。在這個過程中它遇到了另一些天體——其中包括那些藍色的雙體統天體。根據研究人員的介紹，這些天體最初與海王星有一個2:1的共振軌道。這意味著：海王星繞太陽公轉一周的同時，它們圍繞太陽運行兩周。這樣的軌道使它們不會過於的接近海王星，並且它們之間微弱的引力會干擾海王星。根據模擬，海王星的旅程只是向外移動了半個天文單位。海王星通過這個運動將那些未來的柯伊伯帶天體向外推，並將它們放在了如今的柯伊伯帶軌道上。但這並沒有解釋藍色雙系統天體的起源。

它們如何誕生

研究者們討論了兩種有關微行星形成的情形:一種是由較小的碎塊聚合形成的，而另一種是由較大固體解體。對於這兩種情況，藍色雙系統天體的誕生是可以想像的。在第一種情形中，通過塵埃之間的摩擦力可以使顆粒聚合。而另一種情況下，大物體的解體可以立即產生這樣的雙系統天體。

然而，兩個假說沒有一個聽起來完全合理：因為從邏輯上講，距離太陽這個距離的微行星的都會形成這樣的雙天體系統。研究人員推測，實際上這種情況可能已經發生了。但是仍然需要繼續研究探明真相。

令人期待的是正在進行的對這些天體的分析結果，在放大鏡下它們會呈現出怎樣的顏色和化學組成呢？這個結果能為不同類型的柯伊伯帶天體的研究提供新的線索。因此目前還有一些謎題需要科學們去解開。

原文載於《Sterne und Weltraum 》2017年第10期

作者：FRANZISKA KONITZER

翻譯：系外行星地瓜君

校譯：王坤

編排：邱煜欣

責任編輯：解仁江

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