什么是柯伊伯帶？

什么是柯伊伯帶？

在闊別太陽暖和的太陽系邊沿，有一個由數百萬乃至數萬億個冰體構成的宏大環，被稱為柯伊伯帶。(Image credit: StockGood via Getty Images)

據美國太空網（By Robert Lea）：柯伊伯帶是一個嚴寒的環形冰狀物體地區，它圍繞著太陽系邊沿的海王星軌道運轉。

依據美國宇航局的說法，它相似于在火星和木星之間發覺的主要小行星帶，由于它的物體由約莫46億年前太陽系構成時留下的物質構成。

依據九大行星的說法，柯伊伯帶比主要的小行星帶要大得多，寬度高達20倍，質量是它的20到100倍。

像主小行星帶一樣，柯伊伯帶也是由一顆巨行星的軌道構成的。固然氣態巨行星木星構建了主要小行星帶的布局，但正是海王星的軌道制止了物質聚結成一顆大行星，從而構成了柯伊伯帶的薄圓盤。

人類才剛剛開頭探究柯伊伯帶，到現在為止僅有兩艘宇宙飛船到過那邊。1983年，美國國度航空航天局的先鋒10號宇宙飛船拜候了柯伊伯帶地區，它穿越了柯伊伯帶，但沒有拜候它的任何天下。緊隨自后的是新視野號宇宙飛船，它在分開地球十年后，于2015年對冥王星及其伙伴冥衛一舉行了觀察。航天器持續拜候柯伊伯帶的其他物體，包含冰冷的“太空雪人”Arrokoth。

美國宇航局寫道:“柯伊伯帶的確是太空中的一個前沿——這是一個我們剛剛開頭探究的場合，我們的了解仍在不休提高。”

柯伊伯帶天體Arrokoth的構成圖像。(Image credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Roman Tkachenko)

專家解答的柯伊伯帶稀有成績

Samatha Lawler博士是美國里賈納大學的天文學家，研討太陽系邊沿的天體。

薩馬塔·勞勒

天文學家

Samatha Lawler博士是美國里賈納大學的天文學家，研討太陽系邊沿的天體。

我們向美國天文學家Samatha Lawler博士扣問了幾個關于柯伊伯帶和太陽系邊沿物體的成績。

什么是柯伊伯帶？

柯伊伯帶是一群圍繞太陽運轉的比海王星更遠的小型冰體。它十分相似于小行星帶，但更冷，離太陽更遠。

在柯伊伯帶發覺了什么樣的物體？

柯伊伯帶中的冰冷天體被稱為“柯伊伯帶天體”(我曉得，有創意)，簡稱KBOs。冥王星是最出名的KBO，它被升級為行星的緣故之一是以前發覺數以千計的其他kbo在同一地區運轉。僅有冥王星和另一個KBO阿羅科思以前有過太空探測器拍攝的特寫照片。冥王星于2015年由新視野號探測器拜候，2019年由Arrokoth號探測器拜候。冥王星很圓，由水冰山和氮冰冰川構成，有5個衛星。Arrokoth直徑僅有18英里(30公里)，十分紅，外形像一個雪人。一切其他的kbo都只是使用望遠鏡舉行了研討，即使是地球上和軌道上最好的望遠鏡也仍舊將它們視為點，因此我們對它們的外形和顏色的了解不像冥王星和阿羅克思那么多。

是什么讓這些柯伊伯帶天體變得幽默？

據我們所知，多數以千計的行星，約莫多數十萬顆直徑凌駕62英里(100公里)的行星，等候著天文學家去發覺和丈量。它們中的每一個都是在太陽系的某個場合構成的行星物質的一點剩余，并經過行星乃至銀河系的悄悄推進被安排在如今的軌道上。

關于太陽系，柯伊伯帶能報告我們什么？

經過仔細丈量軌道和關于構成的信息，我們可以了解太陽系中的統統是在何處構成的，以及它約莫是怎樣重組的。對柯伊伯帶的研討報告我們，海王星在比如今更接近太陽的場合構成，并且它向外遷徙。盤算機模仿體現，我們今天看到的kbo是在海王星挪動時被推到那些軌道上的。

自從你開頭研討柯伊伯帶以來，最令人驚奇的發覺是什么？

看到Arrokoth的外形完全讓我震動。我想可以一定地說，沒有人希冀它是雪人外形的。但是，僅僅曉得一個雪人外形的物體存在就意味著我們必要一種辦法來構成它，很多天文學家以前在盤算機模仿上復制了這種外形，這報告我們更多關于行星構成的具體步調。

柯伊伯帶在何處？

柯伊伯帶和奧爾特云是太陽系中兩個主要的彗星庫。(圖片泉源:歐空局)

美國宇航局表現，甜甜圈外形的柯伊伯帶的內緣始于海王星軌道，距離太陽約28億英里(48億公里)，其主要天體會合在距離恒星約46億英里(74億公里)處。

天文學家通常以“天文單位”(AU)來丈量太陽系內像如此的宏大距離，1 AU相當于約莫9300萬英里，這是地球和太陽之間的均勻距離。

這使得柯伊伯帶的內里距離太陽30天文單位，其主要地區的末了距離太陽50天文單位?？乱敛畮е辛碛辛硪粋€更無序的地區，稱為“疏散的圓盤”，它不休延伸到距離太陽系中央恒星約1,000 AU處。這些距離意味著柯伊伯帶是太陽系中最大的布局之一。

但是，柯伊伯帶約莫不是太陽系中最遠的冰體帶。封建家們假定，比柯伊伯帶更遠的場合是一個叫做奧爾特云的天體聚集，它常常與柯伊伯帶殽雜。

固然短周期物體被以為來自柯伊伯帶，但依據美國宇航局(在新標簽中掀開)的說法，奧爾特云被以為是長周期彗星的泉源，這些彗星必要凌駕200年才干繞太陽一周。

奧爾特的內邊沿被以為距離太陽2000到5000天文單位，而外邊沿約莫距離我們的恒星10000乃至100000天文單位，美國宇航局說(在新標簽中掀開)是太陽和邇來的臨近恒星之間的四分之一到一半。

柯伊伯帶表如今海王星軌道之外。它的住民之一是厄里斯，在一個高度傾斜的橢圓形軌道上。(圖片泉源:NASA)

誰發覺了柯伊伯帶？

柯伊伯帶是以荷蘭天文學家杰拉德·柯伊伯(1905-1973)的名字定名的，他在1951年提出海王星之外存在一個盤狀的冰狀物體地區，彗星就是從那邊劈頭的。

在柯伊伯的事情之前，第一個被發覺的柯伊伯帶住民是由克萊德·湯博于1930年2月在洛厄爾天文臺發覺的冥王星。這意味著天文學家在曉得柯伊伯帶之前好久就以前發覺了它，只管發覺冥王星的確招致了對海王星之外存在其他物體的推測。

1943年，愛爾蘭天文學家肯尼斯·埃奇沃斯公布了一篇論文，以為太陽系天體及其分布不受冥王星軌道的限定，這可以被視為柯伊伯帶看法的劈頭。只管8年后，柯伊伯提出了一個更上心的例子來支持這一看法，但很多天文學家稱這條冰帶為“埃奇沃斯-柯伊伯”,以此作為參考。

確認柯伊伯帶的存在還要再等40年。依據約翰·霍普斯金大學使用物理實行室的說法，1992年，夏威夷大學的研討職員戴夫·朱伊特和劉麗杏發覺海王星之外有一個小天體圍繞太陽運轉。

這個物體，第一個“經典TNO(外海王星物體)”，終極被定名為1992QB1，并引發了數千個柯伊伯帶物體(kbo)的發覺。美國宇航局指出，自從發覺1992QB1以來，天文學家以前發覺了2000多個kbo。

花了這么長時間才發覺柯伊伯帶天體的緣故是它們太小太遠了。

分類柯伊伯帶物體

約翰·霍普斯金大學使用物理實行室稱柯伊伯帶天體分類如下:

冷經典kbo(柯伊伯帶物體)

冷不是指溫度，而是指圓形不傾斜軌道。這些物體位于距離太陽42至48天文單位和3天文單位之間的一個6天文單位寬的帶中。

這些kbo屢屢很小，直徑不凌駕500英里。它們的顏色也比其他kbo更紅。

“經典”一詞指的是這些物體屬于柯伊伯所說的那品種型。

這些很約莫由構成柯伊伯帶的原始物質構成，不受行星軌道的干擾。

搶手古典KBOs

“熱”是指這些kbo具有非圓形和傾斜的軌道。

這意味著這些物體固然通常位于離太陽相似的距離，但在它們的軌道上，冷的經典kbo可以離太陽更遠。

它們的輕重和顏色各不相反，比冷古典的更灰，也更大。它們被發覺在約莫12 AU厚的帶中。

共振KBOs

這些kbo被鎖定在與海王星的共振舞蹈中。冰巨人每繞太陽3圈，3:2共振子就繞太陽2圈。

②；1共振子，偶爾被稱為“小冥王星”，由于矮行星是這一組中的一員，每兩個海王星軌道中就有一個共振子。

疏散的kbo

這些kbo擁有不安定的軌道，約莫是由于它們離海王星太近，冰巨人的引力使它們偏離了軌道。

這些雜亂的軌道可以把這些天體帶到離太陽100 AU遠的場合，比海王星離太陽邇來的場合還要近。

極度TNOs(外海王星物體)

一個十分新的分組，這個種別僅有少數成員。這些物體終極約莫會被發覺基本不是柯伊伯帶的一局部，由于它們可以闊別太陽1000天文單位。

柯伊伯帶的出名住民

柯伊伯帶是數百萬巖石和冰天體的故鄉，這些天體被稱為柯伊伯帶天體(kbo)或外海王星天體(tno)。這些天體嚴寒的條件是由于它們離太陽很遠。美國宇航局表現在柯伊伯帶約莫多數萬億個冰冷的物體，此中數十萬個物體的直徑大于62英里(100公里)。它是最少五顆已知矮行星的故鄉，厄里斯、豪美亞、馬克馬克、夸歐爾，固然另有冥王星。

這些矮行星中的很多都有本人的衛星，乃至有本人昏暗的環體系，封建家邇來在夸歐爾周圍發覺了一個環，它也有本人的衛星Weywot。約莫80 KBOs被發覺有輕重相似的雙星伴星，這意味著無法準確確定哪個是主體哪個是玉輪，這些被稱為“雙星kbo”。

柯伊伯帶的物體有種種外形和輕重

這幅藝術家的作品展現了悠遠的矮行星厄里斯。新的察看標明，厄里斯比從前以為的要小，幾乎和冥王星的輕重一樣。(圖片:ESO/l . calada)

最大的柯伊伯帶天體是冥王星和厄里斯，冥王星的直徑約為1430英里(2380公里)，而厄里斯的直徑略大，約為1444英里(2330公里)。已知另有多達七個直徑在600-900英里(950-1500公里)之間的柯伊伯帶天體。僅有這些更大的kbo才有本人的大氣層。

可見光中見過的最小的KBO直徑僅有3200英尺，在42億英里外被發覺，但這些物體的不休碰撞意味著柯伊伯帶是由多量更小的碎片構成的群體。

kbo的顏色和外表反射率約莫不同。比如，冥王星反射約莫60%的入射陽光，比擬之下，地球只反射10%。

其他kbo具有較暗的外表，反射率從20%到低至4%。約翰·霍普斯金大學使用物理實行室以為，這些物體中最暗的約莫富含繁復的富碳聚合物?？乱敛畮矬w的顏色被以為是從深灰到赤色，這是種種化學因素及其演化的后果，只管在云云悠遠的距離上很難確定。

kbo也有多種外形，可以說最不尋常的是(486958) 2014 MU69或Arrokoth，在包華頓/阿爾岡昆語中是“天空”的意思，由于其外形，也被稱為“太空雪人”。

新視野封建團隊在2014年使用哈勃太空望遠鏡發覺了Arrokoth，它是雙葉的，局部是平的。這個22英里(35公里)長、12英里(20公里)寬、6英里(10公里)厚的雪人的“頭部”和“肢體”是由兩個獨立的肢體兼并成一個，即所謂的“交往雙星”。但是，與它的雪人同名物不同，在2019年正式定名之前，這個物體被定名為“Ultima Thule”，顏色十分紅。

隨著冥王星被升級為矮行星，約莫太陽系最污名遠揚的假定租戶是“行星X”或“行星9”。這個海王星輕重的天下被以為存在于冥王星之外，它的軌道會被大大拉長。

這顆行星在2015年被提出時，主要證據是柯伊伯帶邊沿一些較小的kbo奇異的拉長軌道。這約莫是由一個未被發覺的大質量物體的引力影響形成的，只管除此之外的證據不休很少且有爭議。

柯伊伯帶正在減小分量

我們今天看到的柯伊伯帶實踐上約莫比已往愈加空曠。加州大學洛杉磯分校(UCLA)表現，對柯伊伯帶的察看招致了“尼斯模子”的提高，該模子標明，柯伊伯帶如今的質量約為地球質量的0.1倍，太大了，不成能在太陽系的年事內經過吸積增長。

這意味著柯伊伯帶約莫以前包含相當于地球質量10倍乃至100倍的物質，比如今的質量多100到1000倍。這種質量的喪失很約莫是由于木星、土星、天王星和海王星的軌道轉移而產生的。

依據美國國度航空航天局的說法，由于后兩個行星被土星和木星迫使向外漂移，它們使很多冰狀物體的途徑向內彎曲。木星的宏大引力向太陽系邊沿拋射，約莫構成奧爾特云，大概完全離開太陽系。

NASA增補道，柯伊伯帶今天仍在腐化，那邊的物體碰撞產生更小的碰撞碎片，這些碎片再次碰撞將這些物體研磨成粉末。這些塵土隨后被稱為太陽風的來自太陽的帶電粒子流吹出太陽系。

分外資源

柯伊伯帶中最污名遠揚的天體是冥王星，它是圍繞什么應該被以為是行星，什么不應該被以為是行星的爭論的中心。將冥王星升級為矮行星的來由是國際天文學團結會(IAU)在2016年做出的決定。

在太陽系中比柯伊伯帶更遠的場合，有一個由數十億乃至數萬億個物體構成的冰殼，叫做奧爾特云。

到現在為止，僅有一個航天器拜候了柯伊伯帶，2015年新視野號職責飛過冥王星及其衛星。