太陽系邊疆傳奇

科學家在太陽系邊疆發現了一個又一個令人吃驚的天體，當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麼冒出來的呢?那晦暗陰冷的遙遠地帶又發生了什麼呢？現在，科學家正在用他們的智慧在那遙遠的邊疆進行艱難的跋涉。

在繁複的宇宙太空，有一處看起來因相當規則而顯出的美麗，讓人驚嘆天公造物的精緻，那就是太陽和它九個個性各異的行星組成的家園，它的裡層裝點著小行星帶的絲邊，在外層飄揚著柯伊伯帶水晶般的蕾絲，還有更遠的外層，那是一片廣袤的原野，好像已經感受不到太陽那萬能的引力了，只是雲霧一樣若即若離，那是太陽系真正的邊疆：奧爾特雲。

彗星謎案牽出隱藏角落

長久以來，來去匆匆、形態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，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而損失大量質量。我們相信，數千年後哈雷彗星將在太陽附近消失。彗星是太陽系的早期產物，太陽誕生後幾十億年都已經過去了，那些幾十甚至幾百年公轉一周的彗星應該早已被蒸發而消失殆盡，但是幾千年來，人類依然在不停地發現彗星來訪內層太陽系的芳蹤。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恆星的引力擾動，脫離原來軌道而飛向太陽，並在越過內層海王星的軌道時，進一步受海王星重力的影響，成為進入到太陽系內層的彗星。30到100天文單位之間的地帶就是這些公轉周期較短的彗星的故鄉，它源源不斷地送出了它的遊子。從此這一區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。

這是關於公轉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家猶維特和魯烏，終於發現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，其公轉周期為291年。

邊疆地帶熱鬧非凡

1992QBl的發現鼓舞了熱衷於尋找太陽系新行星的天文學家們，柯伊伯帶從假想地帶成為現實，成為世界各地天文望遠鏡紛紛聚焦的地方。自1992年至2002年10月為止，陸續又發現了600多個柯伊伯帶天體，它們的直徑從50到1200公里不等，其中最大的是於2002年發現並被稱為誇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。根據天文學家的統計，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到10萬個。如果把它們的質量都加在—起，可以組成一個為地球質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鏡抓住。

期待沒有落空。今年2月20日美國加州MT學院和耶魯大學的行星科學家們發現了一顆新的柯伊伯帶天體，暫命名為2004 DW。經計算,它離地球約70億公里(50天文單位)，直徑為1400到1600公里，比2002年末發現的誇歐爾還大數百公里，從而成為天文史冊上新的柯伊伯帶天體冠軍。

這個剛剛產生的柯伊伯帶天體冠軍的記錄在不到一個月後的3月15日被改寫了。美國國家航空航天局宣布，他們發現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，可能由冰和岩石組成，比冥王星略小。這是發現冥王星後的74年以來在太陽系發現的最大物體。

塞德娜具有非常扁而水平的橢圓形運行軌道，是迄今發現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，地球上正經歷著最後一次冰河時期，而待塞德娜下一次回歸之際，地球面貌不知已作何種改變!由於距離太陽太過遙遠(約130億公里，90天文單位)，塞德娜的溫度終年不會高於零下200℃。發現者美國加州理工學院天文學家布朗指出，假若站在遙遠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，顯示塞德娜可能還有個小衛星在環繞著它。

柯伊伯帶天體的成員

隨著愈來愈多柯伊伯帶天體被發現，天文學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：經典的和散布性的。大多數柯伊伯帶天體都屬於經典的，其外部邊界大約在距太陽50天文單位處。經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雲盤自發冷凝的結果，所以其運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，實際上經常被看作經典柯伊伯帶天體。現在主要有兩個假說來解釋它們傾斜的原因：一是所謂內部動搖假說，推測在太陽系早期，有一定數量的大塊頭小行星被海王星彈射進柯伊伯帶，從而使經典柯伊伯帶天體軌道發生傾斜；二是所謂外部動搖假說，推測在柯伊伯帶外有一個「路過的」恆星產生了引力擾動，使經典柯伊伯帶天體軌道發生了傾斜，這個假說很好地解釋了為什麼經典柯伊伯帶天體的運行範圍如刀切一般地整齊。

與經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、而且軌道跨度範圍極大的特徵。它們在近日點可以來到離太陽35天文單位的地方，比冥王星還近，在遠日點則可以遠到數百天文單位以外，人類根本無法見到其蹤跡，例如1999 CFll9，遠日點在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麼形成的呢?有科學家認為，它們實際上是一些在太陽系早期被彈射出去的小行星。當星體被附近前方一個大行星吸引而加速直線運動後，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日軌道不會超出100天文單位的太空，因為它們還受到來自銀河與恆星的潮汐力的束縛，最終在一個較為固定的狹小區域里運行著。散布性柯伊伯帶天體的總質量在柯伊伯帶中只佔據4％左右，當然也有可能它們常常跑得很遠而使科學家對其總量的估計偏少了。

柯伊伯帶中的「二人轉」

最近天文學家們發現，有1％以上的柯伊伯帶天體都成雙成對地相互圍繞轉動，形成所謂的雙星二元體。地面觀測者和哈勃望遠鏡已經觀測到了七個這樣的雙星。我們最熟悉的冥王星和它的衛星卡戎星，就是這樣的一對雙星。一般衛星的直徑只有行星的百分之幾，質量不超過2％，月球與地球質量的比值只有0．012。而冥衛一——卡戎星和冥王星的質量比達到了10％左右，它們實際上是一對「姐妹」雙星，二者構成的系統中心已經落在了冥王星之外。換句話說，卡戎星和冥王星是以二者之間的一點為中心彼此互繞！

質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，而遠離時達到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，還是因為碰撞而走到一起，還是一個大天體一裂為二的結果?還是以上所有原因的綜合?不管怎麼樣，它們是一種太陽系的謎。但是正是通過對它們的獨特的「華爾茲舞步」的剖析，天文學家們才能夠估計出這些遙遠天體的質量，根據它們相互遮擋的作用，才能估計出它們的體積，進而得到物質的密度和可能的組成成分。

柯伊伯帶雙星系統的共同特點是：兩個小天體大小相似，互相圍繞著運動?但距離非常遙遠，通常是較大天體半徑的數十倍，甚至數千倍之多。它們與火星和木星之間的小行星帶的「雙星」系統不同，科學家認為小行星帶的「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太多，兩天體間距也普遍太遠，很難用撞擊作用來解釋。近年美國加州理工學院的科學家提出，這些雙星系統應當是引力將兩個原本不相關的天體約束在一起而形成的。隨著更多柯伊伯帶天體被發現，這個假說可以得到更嚴格的檢驗。

柯伊伯帶雙星體的運動也許會透露太陽系與行星系統的起源與演化之謎最後的答案。現在我們依然觀察到柯伊伯帶天體通過碰撞而不停補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動方式靠近、擁擠、最終融合成一個大行星而開始穩定地圍繞太陽公轉。

那更遙遠的世界—奧爾特雲

今天，人類的視線一層層向外穿越太陽系，看見了太陽哺養的九大行星，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雲也漸漸展現在人類的眼中。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，它們有的一去數百年，有的甚至數萬年。現在天文學上一般將彗星分成長周期彗星(回歸周期大於200年)與短周期彗星(回歸周期少於200年)。根據柯伊伯的理論，短周期彗星的故鄉是柯伊伯帶，那麼，長周期彗星來自哪兒呢?1950年，荷蘭天文學家簡·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(把柯伊伯帶以內的太陽系比做蛋黃的話，那裡好像是雞蛋中的蛋清層)，有數以萬億計的彗星存在，這些彗星是太陽系形成時的殘留物，這一廣袤的地區就叫奧爾特雲。在引力的海洋裡面，「路過」的星體產生引力擾動，使奧爾特雲中的彗星受到影響，或彼此間碰撞，最終離開了原來的軌道進入內層太陽系。它們離太陽太遠了，引力又小，蹣跚地繞太陽一周動輒數萬年。這就是長周期彗星的來歷。

奧爾特雲是彗星更遙遠的故鄉，它可能含有多達近萬億顆彗星，這些彗星的運轉軌道雜亂無章，並非都在行星軌道的平面里。這裡更冷，溫度從不超過零下240℃，更容易讓冰晶天體融匯成長，當然有理由「培養」出更大的行星。塞德娜長達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更可能是奧爾特雲。

雖然到目前為止，奧爾特雲理論僅是假設，尚無直接的觀測證據，但塞德娜的來訪就如1992 QBl證實柯伊伯帶一樣，也將證實一個重大假設。尋找太陽系大行星成長的邊疆將因此數億倍地擴展。