科學(xué)家在太陽系邊疆發(fā)現(xiàn)了一個又一個令人吃驚的天體，當(dāng)人們對它們是不是太陽系的行星喋喋不休地爭論時，是否曾想過：那一個又一個的天體是怎么冒出來的呢?那晦暗陰冷的遙遠(yuǎn)地帶又發(fā)生了什么呢？現(xiàn)在，科學(xué)家正在用他們的智慧在那遙遠(yuǎn)的邊疆進(jìn)行艱難的跋涉。

在繁復(fù)的宇宙太空，有一處看起來因相當(dāng)規(guī)則而顯出的美麗，讓人驚嘆天公造物的精致，那就是太陽和它九個個性各異的行星組成的家園，它的里層裝點(diǎn)著小行星帶的絲邊，在外層飄揚(yáng)著柯伊伯帶水晶般的蕾絲，還有更遠(yuǎn)的外層，那是一片廣袤的原野，好像已經(jīng)感受不到太陽那萬能的引力了，只是云霧一樣若即若離，那是太陽系真正的邊疆：奧爾特云。

彗星謎案牽出隱藏角落

長久以來，來去匆匆、形態(tài)奇特的彗星一直是太陽系的一個謎案，著名的哈雷彗星以76年左右的周期繞日公轉(zhuǎn)，它的直徑最大處只有十多公里，每次接近太陽時都要被蒸發(fā)而損失大量質(zhì)量。我們相信，數(shù)千年后哈雷彗星將在太陽附近消失。彗星是太陽系的早期產(chǎn)物，太陽誕生后幾十億年都已經(jīng)過去了，那些幾十甚至幾百年公轉(zhuǎn)一周的彗星應(yīng)該早已被蒸發(fā)而消失殆盡，但是幾千年來，人類依然在不停地發(fā)現(xiàn)彗星來訪內(nèi)層太陽系的芳蹤。這些彗星從哪兒來呢?這真是一個謎。

1951年，美國天文學(xué)家柯伊伯提出了這樣的解釋：在距離太陽30天文單位(海王星離太陽30天文單位)到100天文單位之間，有許多圍繞太陽運(yùn)行的塵埃冰凍體，這些物體的軌道面與行星相似。但偶爾有些物體受到外行星或者恒星的引力擾動，脫離原來軌道而飛向太陽，并在越過內(nèi)層海王星的軌道時，進(jìn)一步受海王星重力的影響，成為進(jìn)入到太陽系內(nèi)層的彗星。30到100天文單位之間的地帶就是這些公轉(zhuǎn)周期較短的彗星的故鄉(xiāng)，它源源不斷地送出了它的游子。從此這一區(qū)域就被稱為柯伊伯帶，冥王星的扁而傾斜的軌道也插入了這一地帶。

這是關(guān)于公轉(zhuǎn)周期較短彗星的一個完美的解釋，可惜除了冥王星，很久以來，人們在這個假想的柯伊伯帶中再也沒有觀察到任何天體，冥王星似乎是太陽勢力的盡頭了。

直到1992年，兩個不相信外層太陽系完全為空的美國天文學(xué)家猶維特和魯烏，終于發(fā)現(xiàn)了第一個柯伊伯帶天體(KBO)——1992 QB1。1992 QB1的直徑只有200公里左右，距太陽的平均距離為43個天文單位，其公轉(zhuǎn)周期為291年。

邊疆地帶熱鬧非凡

1992QBl的發(fā)現(xiàn)鼓舞了熱衷于尋找太陽系新行星的天文學(xué)家們，柯伊伯帶從假想地帶成為現(xiàn)實(shí)，成為世界各地天文望遠(yuǎn)鏡紛紛聚焦的地方。自1992年至2002年10月為止，陸續(xù)又發(fā)現(xiàn)了600多個柯伊伯帶天體，它們的直徑從50到1200公里不等，其中最大的是于2002年發(fā)現(xiàn)并被稱為夸歐爾的柯伊伯帶天體，但直徑(1250公里)也只有冥王星(直徑2400公里)的一半多一點(diǎn)。根據(jù)天文學(xué)家的統(tǒng)計(jì)，距離太陽30到50個天文單位的柯伊伯帶中直徑超過100公里的柯伊伯帶天體可能會達(dá)到10萬個。如果把它們的質(zhì)量都加在—起，可以組成一個為地球質(zhì)量十分之一的大行星，人們因此依然期待有一個更大的柯伊伯帶天體能被他們的望遠(yuǎn)鏡抓住。

期待沒有落空。今年2月20日，美國加州MT學(xué)院和耶魯大學(xué)的行星科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一顆新的柯伊伯帶天體，暫命名為2004 DW。經(jīng)計(jì)算,它離地球約70億公里(50天文單位)，直徑為1400到1600公里，比2002年末發(fā)現(xiàn)的夸歐爾還大數(shù)百公里，從而成為天文史冊上新的柯伊伯帶天體冠軍。

這個剛剛產(chǎn)生的柯伊伯帶天體冠軍的記錄在不到一個月后的3月15日被改寫了。美國國家航空航天局宣布，他們發(fā)現(xiàn)了一個更大的柯伊伯帶天體，它的外表看起來比火星還要紅，這個新天體被命名為“塞德娜”。塞德娜直徑約為2000公里，可能由冰和巖石組成，比冥王星略小。這是發(fā)現(xiàn)冥王星后的74年以來在太陽系發(fā)現(xiàn)的最大物體。

塞德娜具有非常扁而水平的橢圓形運(yùn)行軌道，是迄今發(fā)現(xiàn)最典型的柯伊伯帶天體，繞太陽一圈需10500年左右，上一次塞德娜回歸時，地球上正經(jīng)歷著最后一次冰河時期，而待塞德娜下一次回歸之際，地球面貌不知已作何種改變!由于距離太陽太過遙遠(yuǎn)(約130億公里，90天文單位)，塞德娜的溫度終年不會高于零下200℃。發(fā)現(xiàn)者美國加州理工學(xué)院天文學(xué)家布朗指出，假若站在遙遠(yuǎn)的塞德娜的山頭上眺望太陽，太陽再也不是像照耀地球的碩碩金輪，而是非常渺小，只需一枚大頭針就能把它完全遮住。布朗的研究小組已掌握間接證據(jù)，顯示塞德娜可能還有個小衛(wèi)星在環(huán)繞著它。

柯伊伯帶天體的成員

隨著愈來愈多柯伊伯帶天體被發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家開始著手分析這些天體的特性了。

柯伊伯帶天體分為兩類：經(jīng)典的和散布性的。大多數(shù)柯伊伯帶天體都屬于經(jīng)典的，其外部邊界大約在距太陽50天文單位處。經(jīng)典柯伊伯帶天體沒有受到其它星體的碰撞與擾動，完全是太陽系冷卻氣云盤自發(fā)冷凝的結(jié)果，所以其運(yùn)行軌道偏心率較小而近圓形。另外它們的軌道傾斜度非常大，最大可以傾斜30度以上。傾斜17度的冥王星，實(shí)際上經(jīng)常被看作經(jīng)典柯伊伯帶天體。現(xiàn)在主要有兩個假說來解釋它們傾斜的原因：一是所謂內(nèi)部動搖假說，推測在太陽系早期，有一定數(shù)量的大塊頭小行星被海王星彈射進(jìn)柯伊伯帶，從而使經(jīng)典柯伊伯帶天體軌道發(fā)生傾斜；二是所謂外部動搖假說，推測在柯伊伯帶外有一個“路過的”恒星產(chǎn)生了引力擾動，使經(jīng)典柯伊伯帶天體軌道發(fā)生了傾斜，這個假說很好地解釋了為什么經(jīng)典柯伊伯帶天體的運(yùn)行范圍如刀切一般地整齊。

與經(jīng)典柯伊伯帶天體完全不同的是，另外一些柯伊伯帶天體具有偏心率極大、而且軌道跨度范圍極大的特征。它們在近日點(diǎn)可以來到離太陽35天文單位的地方，比冥王星還近，在遠(yuǎn)日點(diǎn)則可以遠(yuǎn)到數(shù)百天文單位以外，人類根本無法見到其蹤跡，例如1999 CFll9，遠(yuǎn)日點(diǎn)在200天文單位處。它們被稱為散布性柯伊伯帶天體。我們熟知的哈雷彗星就是這種散布性柯伊伯帶天體。

散布性柯伊伯帶天體是怎么形成的呢?有科學(xué)家認(rèn)為，它們實(shí)際上是一些在太陽系早期被彈射出去的小行星。當(dāng)星體被附近前方一個大行星吸引而加速直線運(yùn)動后，它會逃脫太陽的束縛而向外層太空跑去。靠近海王星的柯伊伯帶天體就這樣常常在數(shù)百萬年的時間中被多次彈射而跑出太陽系。但是一般散布性柯伊伯帶天體的遠(yuǎn)日軌道不會超出100天文單位的太空，因?yàn)樗鼈冞€受到來自銀河與恒星的潮汐力的束縛，最終在一個較為固定的狹小區(qū)域里運(yùn)行著。散布性柯伊伯帶天體的總質(zhì)量在柯伊伯帶中只占據(jù)4％左右，當(dāng)然也有可能它們常常跑得很遠(yuǎn)而使科學(xué)家對其總量的估計(jì)偏少了。

柯伊伯帶中的“二人轉(zhuǎn)”

最近天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，有1％以上的柯伊伯帶天體都成雙成對地相互圍繞轉(zhuǎn)動，形成所謂的雙星二元體。地面觀測者和哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)觀測到了七個這樣的雙星。我們最熟悉的冥王星和它的衛(wèi)星卡戎星，就是這樣的一對雙星。一般衛(wèi)星的直徑只有行星的百分之幾，質(zhì)量不超過2％，月球與地球質(zhì)量的比值只有0．012。而冥衛(wèi)一——卡戎星和冥王星的質(zhì)量比達(dá)到了10％左右，它們實(shí)際上是一對“姐妹”雙星，二者構(gòu)成的系統(tǒng)中心已經(jīng)落在了冥王星之外。換句話說，卡戎星和冥王星是以二者之間的一點(diǎn)為中心彼此互繞！

  質(zhì)量只有冥王星雙星體萬分之二的柯伊伯帶雙星體1998WW31，更是清晰地在人們的視線中像跳華爾茲一樣運(yùn)動著。它們所行走的軌道是所有雙星中最為古怪的，在這場“華爾茲舞蹈”中，它們相互靠近時距離只有4000千米，而遠(yuǎn)離時達(dá)到4萬千米。這樣的“旅行”方式讓人無法推測它們的起溫是天生就這樣的，還是因?yàn)榕鲎捕叩揭黄穑€是一個大天體一裂為二的結(jié)果?還是以上所有原因的綜合?不管怎么樣，它們是一種太陽系的謎。但是正是通過對它們的獨(dú)特的“華爾茲舞步”的剖析，天文學(xué)家們才能夠估計(jì)出這些遙遠(yuǎn)天體的質(zhì)量，根據(jù)它們相互遮擋的作用，才能估計(jì)出它們的體積，進(jìn)而得到物質(zhì)的密度和可能的組成成分。

柯伊伯帶雙星系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是：兩個小天體大小相似，互相圍繞著運(yùn)動?但距離非常遙遠(yuǎn)，通常是較大天體半徑的數(shù)十倍，甚至數(shù)千倍之多。它們與火星和木星之間的小行星帶的“雙星”系統(tǒng)不同，科學(xué)家認(rèn)為小行星帶的“雙星”是由天體之間撞擊、裂解、殘骸重新積聚形成的，而柯伊伯帶中的雙星系統(tǒng)太多，兩天體間距也普遍太遠(yuǎn)，很難用撞擊作用來解釋。近年美國加州理工學(xué)院的科學(xué)家提出，這些雙星系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是引力將兩個原本不相關(guān)的天體約束在一起而形成的。隨著更多柯伊伯帶天體被發(fā)現(xiàn)，這個假說可以得到更嚴(yán)格的檢驗(yàn)。

柯伊伯帶雙星體的運(yùn)動也許會透露太陽系與行星系統(tǒng)的起源與演化之謎最后的答案?，F(xiàn)在我們依然觀察到柯伊伯帶天體通過碰撞而不停補(bǔ)給著太陽附近的塵埃帶，更大的行星通過俘獲這些塵埃而“成長”。在早期太陽系，大量的小行星可能就是以柯伊伯帶雙星體的運(yùn)動方式靠近、擁擠、最終融合成一個大行星而開始穩(wěn)定地圍繞太陽公轉(zhuǎn)。

那更遙遠(yuǎn)的世界—奧爾特云

今天，人類的視線一層層向外穿越太陽系，看見了太陽哺養(yǎng)的九大行星，看到了為九大行星添磚加瓦的“工廠”柯伊伯帶，而保持原始太陽系神秘的奧爾特云也漸漸展現(xiàn)在人類的眼中。一個完整的太陽系神話，就靜靜地潛藏在那片因規(guī)則而顯出美麗的太空中。

太陽系的家族史是離不開彗星的。彗星似乎都行蹤不定，人在一生中很少能看到同一顆彗星兩次接近太陽，它們有的一去數(shù)百年，有的甚至數(shù)萬年?，F(xiàn)在天文學(xué)上一般將彗星分成長周期彗星(回歸周期大于200年)與短周期彗星(回歸周期少于200年)。根據(jù)柯伊伯的理論，短周期彗星的故鄉(xiāng)是柯伊伯帶，那么，長周期彗星來自哪兒呢?1950年，荷蘭天文學(xué)家簡·奧爾特提出，在距離太陽1000到50000天文單位之間的球殼狀地帶(把柯伊伯帶以內(nèi)的太陽系比做蛋黃的話，那里好像是雞蛋中的蛋清層)，有數(shù)以萬億計(jì)的彗星存在，這些彗星是太陽系形成時的殘留物，這一廣袤的地區(qū)就叫奧爾特云。在引力的海洋里面，“路過”的星體產(chǎn)生引力擾動，使奧爾特云中的彗星受到影響，或彼此間碰撞，最終離開了原來的軌道進(jìn)入內(nèi)層太陽系。它們離太陽太遠(yuǎn)了，引力又小，蹣跚地繞太陽一周動輒數(shù)萬年。這就是長周期彗星的來歷。

奧爾特云是彗星更遙遠(yuǎn)的故鄉(xiāng)，它可能含有多達(dá)近萬億顆彗星，這些彗星的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道雜亂無章，并非都在行星軌道的平面里。這里更冷，溫度從不超過零下240℃，更容易讓冰晶天體融匯成長，當(dāng)然有理由“培養(yǎng)”出更大的行星。塞德娜長達(dá)10500年的長周期，它滿含塵埃與冰晶的容貌，使人們相信它的第一故鄉(xiāng)更可能是奧爾特云。

雖然到目前為止，奧爾特云理論僅是假設(shè)，尚無直接的觀測證據(jù)，但塞德娜的來訪就如1992 QBl證實(shí)柯伊伯帶一樣，也將證實(shí)一個重大假設(shè)。尋找太陽系大行星成長的邊疆將因此數(shù)億倍地?cái)U(kuò)展。