柯伊伯带是什么东西？带你了解神秘的柯伊伯带

19世纪末的一个夏天，在美国夏威夷群岛的一座山顶上，两位科学家使用望远镜发现了一个穿越双鱼座的光点，这个不起眼的小天体位于距离海王星10亿千米之外的轨道上，尽管开始并没有如何重视它，但是它的发现标志着科学家们真正发现了柯伊伯带，从而将人类对太阳系的理解向前推进了一步。

柯伊伯带是太阳系形成过程中遗留下来的一个存在着大量冰冻天体的地带，它的形状像一个甜面包圈。那里曾经被认为是一片虛空，但那个小天体的发现，证明它并非一无所有。它的存在表明，在太阳系已知行星的轨道之外还潜藏着一个更加神秘的世界。

随着人类对柯伊伯带的探索逐渐深入，人类对太阳系起源和演化的奥秘有了越来越清晰的认识，而推动这一切的就是那个穿越了双鱼座的光点。它的直径大约 250千米，是一个冰和岩石的混合体，它的出现开启了人类对柯伊伯带的发现之旅。现在，距离发现那个小天体已经过去30多年了，人类对柯伊伯带的探索仍在进行之中。

搜索外太阳系

20世纪80年代后期，在美国麻省理工学院工作的行星科学家大卫·杰维特和天文学家简·卢开始了一项持续好几年的探索。他们使用望远镜拍摄夜空，没有设定特定的目标，只是搜索夜空以期有所发现。

在当时，有一个很大的疑问正困扰着天文学家们。人们发现太阳系内部挤满了行星、小行星和彗星，但一旦越过气态巨行星的轨道，情况就不同了，那里除了小而冰冷的冥王星外似乎空无一物。这一现象同样引起了大卫·杰维特和简·卢的兴趣。他们认为，也许在那遥远的地方是存在物质的，搜寻那片深邃的天空似乎是很值得一试的事情。

柯伊伯带拥有无数的岩石、小行星等

两位科学家开始拍摄夜空以寻找移动极其缓慢的天体，这种天体位于遥远的外太阳系，移动缓慢是它们与地球相距遥远的标志。但几年过去了，他们什么也没有找到。

时间到了1992年，事情终于发生了转机。8月30日晚上，大卫·杰维特和简·卢利用美国夏威夷大学的望远镜上的相机寻找遥远的天体。他们采用了比较原始的方法：拍一张夜空的照片，约一个小时后，在同一天区再拍一张，如此重复下去。这样，假若真有天体存在，它就会在照片上显示移动了位置。如果它是一个真实的天体，那么它的移动就会以某种可以预测的速度稳定地进行下去。21时14分，他们收集到了双鱼座同一位置的2张图像，发现有一粒光点向西移动了一点点。

然而，还不是庆祝的时候，因为他们明白，来自太空的高能粒子，即宇宙射线也会将杂乱的信号投射在图像中，所以他们还需等待。真正重要的是这个斑点是否能够出现在2张以上的图像中。

他们紧张地等到23时，望远镜上的相机终于完成了第3张图像的拍摄，这个天体还在那里，它又向西移动了一点。午夜过后，第4张图像完成了，图片显示那个天体再次移动了位置：它是真实的！

从地球上看，这个天体移动得非常缓慢，它需要将近一个月的时间才能移动相当于一轮满月在夜空中存在的宽度。根据这种悠闲的“步态”和它微弱的亮光，他们做了一些快速的计算：这个天体的直径大概有250千米，相当于冥王星直径的十分之一。它的轨道远远地存在于海王星轨道之外，而且很有可能它并不孤单。后来，这个新发现的天体被命名为“1992 QB1”。

尽管此时大卫·杰维特和简·卢搜索夜空已经好多年了，但他们仍然只观测了很小的范围，因此他们认为可能还有成千上万个这样的天体正在等待着被发现。这意味着，这个新天体的发现极大地拓展了太阳系的已知范围，它将人们的视线转移到一个全新的领域。

完善对柯伊伯带的认识

仅仅几个月后，大卫·杰维特和简·卢又发现了第2个天体，它也在远离海王星的轨道上运行。接着，更多的发现接踵而至。几年以后，他们发现了40至 50 个这样的天体。而且，随着天文学家们用于捕捉图像的数字探测技术不断提高，人们的发现也越来越多。

探测表明，这些冰冻天体中的一些甚至在冥王星之外的轨道上运行，这是非常引人深思的现象。自冥王星被发现后，人们早已发现了它是与众不同的：它比月球还小，看起来和它的邻居——那些巨大的气态行星一点也不相配。更为重要的是，它的公转轨道面与太阳赤道的夹角达到17度，而其他大行星都在5度以内。那么，它为何如此特立独行呢？现在，人们突然有些明白了：也许，冥王星并不属于行星世界，它属于另外一个不同的领域，也许是另外一组奇怪天体中最大的一个。在当时，大卫·杰维特和简·卢就准确地预言了冥王星即将面临的处境：它可能是一个柯伊伯带天体，不久以后就不会再被当作一颗大行星来对待。果然，到了2006年，它被移出了太阳系大行星的行列。

柯伊伯带以荷兰裔美国天文学家杰拉德·柯伊伯的名字命名，因为是他预测了柯伊伯带的存在。20世纪50年代，这位科学家指出，任何曾经存在于那里的天体都会被重力驱逐到更为遥远的地方去，所以柯伊伯带将变得一片虚空。“1992 QB1”的发现让世界真正发现了柯伊伯带，但它并没有被清空，也不再是一个只存在于猜想中的地带了。

新视野号拍摄下来的柯伊伯带小天体

时至今日，研究人员已经知道，柯伊伯带从距离太阳大约30个天文单位的海王星轨道附近一直延伸到距离太阳大约 55个天文单位的地方，从外表上看，它就像一个胖胖的甜面包圈。

令人好奇的是柯伊伯带中的冰冻天体是怎么来的。原来，它们是由组成太阳和行星的气体和尘埃演变而成的残余物。当太阳和行星形成了各自独立的个体后，一些残余物便被遗留了下来，形成了一些零碎的冰冻天体。这些零碎的冰冻天体有时会被海王星等大行星的引力推到太阳系的内部，它们在接近太阳时就变成了我们经常看到的彗星，所以柯伊伯带也是产生彗星的地方。但彗星并非仅仅产生于柯伊伯带，有些彗星相隔很长时间才接近太阳一次。科学家们认为，每隔200年或更长时间才围绕太阳运行一圈的彗星，通常来自距太阳系更为遥远的冰冻天体库，即奥尔特云。

如此看来，柯伊伯带就是一个宇宙的碎片盘。科学家们发现，遥远的系外行星系统也拥有这样的碎片盘，它们与柯伊伯带非常类似。

加深对太阳系早期演化的理解

2015年，当冥王星探测器——“新视野号”飞越冥王星时，科学家们首次近距离地观察了这个柯伊伯带天体。在接下来的几年里，“新視野号”传回了更多照片，它们不再只是模糊的影像了，比此前人们对冥王星及其卫星的观测清晰数千倍。这时的冥王星向人们呈现了丰富的景观，包括冰火山和陡峭的峡谷。2019年元旦，“新视野号”在冥王星轨道之外将近15亿千米的地方飞行时，飞掠了另一个柯伊伯带天体。这个天体后来被命名为“Arrokoth”，寓意为“天空”。它大约35千米长，由2个一大一小的圆球组成，圆球通过一个狭窄的“颈”连接。科学家们认为，这块岩石的两个球体是由一些小块岩石黏合而成的。这些岩石之间的碰撞可能发生得很缓慢，这使得岩石黏在一起，而不是撞成了碎片。最后，分别成形的两个球体又碰撞到了一起。

目前“新视野号”仍在穿越柯伊伯带，它非常有希望能够近距离地研究下一个柯伊伯带天体。与此同时，几个天文学家团队正在世界各地使用望远镜寻找新的柯伊伯带天体，这种天体应该离“新视野号”的飞行轨道不是太远，这样“新视野号”就能相对容易地靠近它们。然而，“新视野号”已经飞行到了距离太阳53个天文单位的地方，即接近柯伊伯带的外缘了，这意味着天文学家们确定新柯伊伯带天体，并安排“新视野号”与它们会合的时间已经不多了。

与此同时，在夏威夷的莫纳克亚山上，科学家们已经使用加拿大—法国—夏威夷望远镜完成了外太阳系的起源调查。这个调查记录了800多个之前未知的柯伊伯带天体，使已知的柯伊伯带天体总数达到了大约3000个。这项工作还揭示了柯伊伯带天体围绕太阳运行的模式。科学家们发现，它们的轨道并非均匀分布，而是倾向集中于某处，这是它们过去曾受到过某种引力推动的明显迹象。大多数天文学家认为，造成这种影响的天体是太阳系中的气态巨行星。这个于2000 年提出的观点认为，像海王星和土星这样的巨行星可能在太阳系早期有过朝向或者远离太阳的剧烈运动，从而扰动了存在于外太阳系中的物质，许多柯伊伯带天体的运行状态也被这种扰动改变了。这一观点解释了许多柯伊伯带天体的轨道呈现惊人相似性的现象。

要了解太阳系的早期历史，人类需要观测更多的柯伊伯带天体。研究人员预计，一项定于2023年开始的新天文学调查有望发现大约40000个柯伊伯带天体。届时，位于智利中北部的薇拉 · C .鲁宾天文台将使用3200兆像素的相机重复拍摄整个南半球的天空，每隔几个晚上拍摄一次，为期10年。这项名为“空间和时间遗产调查”的大型探索活动将加快人类发现柯伊伯带天体的步伐，从而加深人类对早期太阳系演化过程的认识。