太陽系邊疆的傳奇

張唯誠

2019年新年伊始，美國宇航局的冥王星探測器“新地平線號”在太陽系的邊疆拍攝到了一個“雪人”形狀的物體。這塊太空巖石的直徑大約為33千米，距離地球約42.8個天文單位。它有2個葉狀的圓球，其中一個的大小是另一個的3倍左右。圓球通過一個狹窄的“脖子”連接。根據(jù)美國行星科學家艾倫·斯特恩的解釋，這顆行星屬于“相接雙星”，官方編號為“2014 MU69”。但它還有個綽號，叫“天涯海角”。其中的大圓球名為“天涯”，小圓球名為“海角”。

科學家們認為，“天涯海角”可能是太陽系中最古老、變化最小的天體之一，所以，知道它是如何形成的就有可能揭示一些行星形成的奧秘。

“柯伊伯帶天體”的“棲息地”

“天涯海角”的“棲息地”離地球很遠，屬于太陽系的邊疆。這個地方被天文學家們以荷蘭裔美籍天文學家杰拉德·柯伊伯的名字命名，稱為“柯伊伯帶”。1905年，柯伊伯出生于荷蘭，大學畢業(yè)幾年后便去了美國，此后潛心研究太陽系，有了很多發(fā)現(xiàn)。柯伊伯對彗星尤其感興趣。彗星是一種冰凍的天體，通常擁有一個偏心率很高的橢圓軌道。當它們從太陽附近飛過時，太陽的熱量會加熱它們的表面，會蒸發(fā)掉一些物質(zhì)，這些物質(zhì)在太陽的光壓和太陽風的作用下，于背離太陽的方向形成彗尾，這便成了彗星。

彗星每一次經(jīng)過太陽都要揮發(fā)掉一些表面物質(zhì)，假若太陽系中過去存在短周期彗星的話，它們理應(yīng)慢慢減少，終至消亡。但為什么人們還會發(fā)現(xiàn)新的短周期彗星呢？柯伊伯提出了“猜想”：在海王星軌道之外可能存在著一個帶狀的區(qū)域，那里有一個彗星的“大本營”，大量冰狀天體呈帶狀分布著，它的外邊緣大約延伸到50個天文單位的地方?？乱敛挠嬎惚砻?，位于海王星軌道之外的那些天體難以黏結(jié)成一個大行星，它們中的一些偶爾會在外力作用下脫離正常軌道進入到內(nèi)太陽系中來，從而變成短周期彗星。正因為如此，人們才能夠源源不斷地發(fā)現(xiàn)新的短周期彗星。

按照柯伊伯的說法，那些天體是太陽系的“遺留物”，它們無法黏結(jié)成一顆大行星，只好以大行星“原材料”的形式在太陽系黑暗的邊緣幽靈般地游蕩，被稱為“柯伊伯帶天體”。正因為這個原因，那些天體才會非常古老，它們可能是冰塊、巖石和塵埃的混合物。

搜尋“柯伊伯帶天體”

猜想提出后，天文學家們開始對這種天體非常著迷了，因為這種天體中很有可能保留著很多太陽系形成之初的原始信息，研究它們就仿佛在打開“文物密藏容器”，能讓我們發(fā)現(xiàn)太陽系演化的諸多真相。

科學家最初只是用天文望遠鏡搜尋“柯伊伯帶天體”。從1992年到1999年，他們共發(fā)現(xiàn)了170多個，到2001年共發(fā)現(xiàn)了400多個，到2005年則增加到800多個，到2010年已經(jīng)超過了1000個。但這還只是冰山一角。據(jù)科學家們估算，那里的天體多達數(shù)十億個，其中直徑超過100千米的天體不少于3.5萬個。人們認為，運行在那里的冥王星也是一個“柯伊伯帶天體”，因為它沒能清除自己軌道附近的小天體，所以冥王星也失去了太陽系大行星的資格。

2015年，“新地平線號”飛掠了冥王星。這是人類用太空探測器首次近距離考察一顆“柯伊伯帶天體”。在“新地平線號”發(fā)回的數(shù)據(jù)中，冥王星是一顆混合著水冰和巖石的天體，擁有活躍的地質(zhì)活動和大氣活動。

土衛(wèi)九之謎

在這之前，一艘太空探測器還近距離地考察了一顆疑似的“柯伊伯帶天體”，它就是土衛(wèi)九。1981年8月26日，“旅行者2號”在離土衛(wèi)九220萬千米的地方拍攝了土衛(wèi)九。照片中的土衛(wèi)九呈現(xiàn)出模糊的形狀，有一些亮斑和微微的紅色。

研究表明，土衛(wèi)九是一顆奇特的衛(wèi)星。它距離土星非常遠，公轉(zhuǎn)的方向與土星自轉(zhuǎn)的方向相反，軌道也是傾斜的。這些另類的特性使天文學家們懷疑土衛(wèi)九和土星的其他衛(wèi)星并非產(chǎn)生于同一個地方，而是被土星強大的引力從其他地方捕獲后才成為土星的衛(wèi)星的。

按照現(xiàn)代星云說的觀點，行星和它的衛(wèi)星由同一塊星云凝聚而成。衛(wèi)星的前身就是圍繞行星旋轉(zhuǎn)的星子盤，它的轉(zhuǎn)動方向必然與行星的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)方向一致，所以在星子盤中不會產(chǎn)生逆行衛(wèi)星。但土衛(wèi)九是一顆逆行衛(wèi)星，它的身上還有其他不規(guī)則性，如軌道偏心、表面暗淡等。它的內(nèi)核也可能既不是純冰也不是純巖石，而是這兩種物質(zhì)的混合體，其混合的比例與彗星相似。所以人們推測，土衛(wèi)九的前身很可能就是一個“柯伊伯帶天體”。

回到太陽系的過去

但土衛(wèi)九的身世之謎并沒有最終揭開，對于它是否真的來自于“柯伊伯帶”也無法作出肯定的回答?！疤煅暮＝恰眲t不存在這樣的問題，它是在“柯伊伯帶”中得到的近距離影像，因此非常難得。 “新地平線號”地質(zhì)小組的負責人杰夫·摩爾認為，對行星科學家來說，“天涯海角”的形狀就是一項很有價值的發(fā)現(xiàn)。這種形狀支持了這樣一種觀點：類似行星的天體可以從一堆緩慢堆積的小巖石中“生長”出來。 “我們可以把‘新地平線號想象成一臺時間機器，它把我們帶回到了太陽系歷史的最早期——一個我們可以觀察行星最原始構(gòu)造塊的時期?！?/p>

測量顯示，“天涯海角”每15小時旋轉(zhuǎn)一周，這是一個很理想的旋轉(zhuǎn)速度。如果旋轉(zhuǎn)得太快，那塊形狀奇特的巖石就會發(fā)生斷裂。

科學家們還認為，這塊巖石的兩端之所以呈圓形，是因為小巖石相互粘合在一起形成了更大的圓球。巖石之間的碰撞很可能發(fā)生得很慢，這使巖石粘在了一起，而不是撞成碎片。最后的碰撞發(fā)生在兩個球體之間。這樣的碰撞和粘合，也許就是早期太陽系原始天體“成長”的一種方式。

“天涯海角”的紅色，是生銹的顏色，是輻射造成的，輻射改變了外來冰。這些冰的成分可能是甲烷或者氮。

“新地平線號”仍在向地球發(fā)回數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將顯示這塊太空巖石表面的更多細節(jié)。人們認為，對“柯伊伯帶天體”的探索是人類認識太陽系起源和演化的重要途徑。