深度解析柯伊伯帶

2021-01-20 天文在線

結構和特徵

柯伊伯帶是太陽系外巨大的、甜甜圈狀的空間物質。雖然這一區域有很多結冰天體，不過我們廣義上稱之為柯伊伯帶天體（KBOS）或者跨海王星天體（TNOS）。但它們的大小、形狀和顏色都有很大差異。更重要的是，它們在太空中並不是均勻分布的——當天文學家在20世紀90年代初剛發現它們時，一個令人驚訝的發現是，柯伊伯帶天體可以根據軌道的形狀和大小進行分組。

這使科學家們了解到，這些天體有幾個明顯不同的類別或群體，這些天體的軌道為它們的歷史提供了線索。一個天體屬於哪一類，很大程度上取決於它與海王星引力間的相互作用。

柯伊伯帶中的絕大部分天體是在柯伊伯帶的主體部分或在散落的星盤中發現的。

柯伊伯帶天體—新視野號可能的研究目標。（藝術家的概念圖）,作者 ASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

經典柯伊伯帶天體

大多數柯伊伯帶天體圍繞太陽運行在所謂的經典柯伊伯帶中。這裡的「經典」一詞指的是在柯伊伯帶天體中，這些天體的軌道與天文學家在實際發現柯伊伯帶以前的原始或者經典的軌道非常相似。

（科學家期望的是，處於海王星以外的天體，它們將處於相對圓形的軌道上，不會和行星的平面有過大的傾斜。相反的是，很多柯伊伯帶天體被發現有明顯的橢圓和傾斜軌道。因此，在某種程度上，柯伊伯帶的分類仍反映了我們對太陽系中這一遙遠區域的不斷理解。）

天文學家傑吉拉德·柯伊伯，柯伊伯帶就是以他的名字命名的。

經典柯伊伯帶中主要有兩種天體，分別稱為「冷天體」和「熱天體」。這種術語並不是指溫度——而是指天體的軌道，以及海王星的引力對它們的影響。所有經典柯伊伯帶天體與太陽的平均距離都差不多，大約在40到50天文單位之間。冷經典柯伊伯帶天體有相對圓形的軌道，與行星平面的傾斜度不大；而熱經典柯伊伯帶天體有更加橢圓形和傾斜的軌道（天文學家分別稱為偏心軌道和傾斜軌道。）

這意味著冷天體大部分時間都與太陽保持著相同的距離，而熱天體和太陽的距離則相對較大。（也就是說，在熱天體軌道的某些部分，它們離太陽更近，有時也離太陽更遠。）

經典柯伊伯帶的這兩類天體之間的差異與海王星有關。柯伊伯帶中的冷天體從未接近過海王星，因此它們能夠保持「涼爽」，不受行星引力的影響。它們的軌道在數十億年內可能不會有太大移動。

相反的是，經典柯伊伯帶中的熱天體過去曾與海王星發生過相互作用（也就是說曾被巨行星的引力影響過）。這些相互作用把能量帶到熱天體的軌道，並把熱天體的軌道拉成橢圓形，同時使它們稍微傾斜出行星平面。

新視野號拍攝的2014 MU69影像。作者 NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute

共振柯伊伯帶天體

大量的柯伊伯帶天體都位於海王星嚴格控制的軌道上。它們的軌道與這顆巨行星共振，這意味著他們的軌道與海王星的處於一種穩定的、重複的模式中。這些共振的柯伊伯帶天體在海王星運行完一定數量的軌道（也可以說比率）的同時完成了它們特定數量的軌道。

這些組合或共鳴有一些——1：1（發音為「一對一」）、4：3、3：2和2：1.例如，冥王星和海王星的共振為3：2，換句話說，冥王星每繞太陽轉3圈的同時，海王星就繞太陽轉2圈。

事實上，在軌道上有非常多的的天體和冥王星一樣具有3：2的共振。天文學家們把它們歸為共振柯伊伯帶天體中的一類：冥王星類天體。

由新視野號拍攝到的冥王星真實色彩照片，攝於2015年7月。作者 NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker

散射星盤

這個星盤是一個遠遠超出柯伊伯帶主體的區域，它是被海王星分散到高度橢圓和高度傾斜於行星平面軌道上的天體的所在地。許多散落的盤狀物的軌道傾斜度達到數十度。有些天體「冒險」從離太陽數百天文單位遠處趕來，併到達行星軌道平面的最遠點。

在回到靠近海王星軌道的最近點之前，星盤中許多天體的軌道仍在緩慢演化，隨著時間的推移，其中的天體逐漸消失。與經典柯伊伯帶相比，那裡的軌道更穩定。

散射的星盤給了甜甜圈狀的經典柯伊伯帶更寬和更厚的範圍。一些天文學家將這兩個區域稱為相互獨立的區域，儘管它們的邊界重疊，並以多種方式連接在一起。（特別的是，這兩個區域的天體被認為是由於海王星的影響從最初、更近的軌道遷移到現在的位置，而最終到達這裡。）

厄裡斯星（鬩神星）是散射星盤中的一個例子。（事實上，它是這個星盤中已知最大的成員。）

鬩神星（中央）及鬩衛一（中央偏左） 哈勃空間望遠鏡

鬩神星和鬩衛一的想像圖。鬩神星是主天體，鬩衛一是上方的小灰點。左上方發光的物體是太陽。作者   NASA, ESA, and A. Schaller (for STScI)

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翻譯：by Asteria

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參考資料

1.原文來自https://solarsystem.nasa.gov/solar-system/kuiper-belt/in-depth/

2.WJ百科

3.天文學名詞

本文由Asteria翻譯自NASA的kuiper-belt/in-depth作品，如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫運營者刪除。


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  • 神秘的柯伊伯帶！它是如何形成的呢？第九大行星或許藏在其中
    相信許多朋友對於柯伊伯帶和奧爾特星雲是非常陌生的。但是，大家一定都知道冥王星。其實，冥王星就在柯伊伯帶當中。在遠離太陽的地方，那裡的團塊處在深度的冰凍之中，就一直原樣保存了下來。許多天文學家認為：由於冥王星的個頭和柯伊伯帶中的小行星大小相當，所以冥王星應該不可以算是行星的，所以科學家們又把冥王星歸入了柯伊伯帶小行星的行列當中。那麼柯伊伯帶為什麼會存在呢？
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