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海王星外小行星的新发现及其重要意义

时间:2018-09-10 09:58  来源:科普所   作者:牟庆璇 编译   点击:

太阳系在巨大而黑暗的宇宙中只是一个微小的角落,人类已经能够探索地球附近的星球,太阳系之外的空间还不足以构画出来。近日,英国贝尔法斯特女王大学(Queen's University Belfast)行星天文学研究学者(Research Fellow)米歇尔·班尼斯特(Michele Bannister)和她的团队报导称在海王星(Neptune)以外的遥远太空发现了840个小行星。这是迄今为止的最大一组发现,将现在已知的太阳周围的远距离星体数量增加了50%。

 

这些小小的冰冷星体的发现非常重要,它们可以帮助人类了解太阳系的历史,还可以帮助测试在太阳系外围是否仍然潜藏着一颗看不见的行星。

 

人们今天看到的行星系统并不像它最初形成的那样。当太阳刚出现时,它周围是一片气体尘埃星云。原始的星际介质开始逐渐向质量相对更密的地方聚集,越聚质量越大,逐渐形成不同的行星,其中包括人类已经发现的一些星体,行星向太阳外围移动,直到进入它们现在的位置。另一方面,不断变大的小行星向着太阳运动或向太阳系外围散射。

 

天体迁移也发生在许多其他恒星星系中。幸运的是,太阳系中的行星距离地球相对较近,使得人们可以探测迁移的复杂细节。绘制从尘埃星云中遗留下来的小行星群体的位置图像,可以帮助推测大行星如何进入它们现在的位置。

 

观测运行轨道

 

这项新发现是作为“外太阳系起源调查”(Outer Solar System Origins Survey,OSSOS)五年项目中的一部分而进行的。在2013-2017年使用了位于夏威夷莫纳克亚山(Maunakea)上的加拿大-法国-夏威夷望远镜(the Canada-France-Hawaii Telescope)的成像相机进行观测,该望远镜是世界上最大的望远镜之一。这项研究在天空中的八个区域范围内寻找微弱、缓慢移动的光点,而且这八个区域远离了银河系中星体密集的地方。

 

这840个小行星是在距离太阳6-83个天文单位发现的,一个天文单位是太阳与地球之间的距离。该发现为这些“海王星外天体”( trans-Neptunian objects)的多种类运行轨道提供了很好的依据。

 

在这项研究的初期阶段经历了挫折,当有效的观测数据太少时,一颗小行星的预测路径会变得不确定,以至于望远镜无法再次发现它,最终可能会认为它“丢失了”。对于那些运行轨道较长且高度倾斜的小行星,这种事情发生的概率更大,从而对已知天体的理解产生偏差。

 

米歇尔团队成功追踪了840个小行星的运行轨道。她们在几年的时间内对这些小行星进行频繁快照,意味着可以非常精确地确定它们的轨道。经过对成百上千的监测数据进行超过37000次人工核对之后,最终确定了它们的运行弧线。

 

米歇尔团队还创建了一个附带的软件“模拟器”(计算机模型),它提供了一个强大的工具来检测太阳系现存和曾有的小行星。这让理论学家可以测试模型——太阳系如何成为今天看到的形状,并将它们与真实发现进行比较。

 

奇特的小行星

 

这些寒冷的、多岩石的小行星可以分为两大类。其中一类包括位于在柯伊伯带(Kuiper belt,指太阳系在海王星轨道外天体密集的区域)圆形轨道上,距离太阳大约37到50个天文单位的小行星。另一类小行星是指当海王星的运行轨道距离太阳近一些时,它们的运行轨道与其产生较小的偏离。包括冥王星(Pluto)在内的这些“海王星外天体”是海王星向外迁移时被推入目前的长长的运行轨道。

 

在柯伊伯带,发现了436个小行星。它们的轨道确认集中在距离太阳43到45个天文单位的近乎圆形的、平坦的“核心”轨道上。自太阳系出现以来,这些轨道可能没有受到干扰,属于原始尘埃星云的剩余部分。在2015年曾访问冥王星的新视野号太空船(New Horizons spacecraft)将在2019年元旦那天起飞,与一个大约伦敦市大小的小行星近距离接触。

 

研究发现共有313个“海王星外天体”,这比开始时预测的数目多得多,而且有的星体距离太阳超过了130个天文单位。其中,矮行星2015RR245,大约只有英国的一半大小。它在几百万年前与海王星相遇后,然后进入目前的运行轨道,距离太阳大约82个天文单位。

 

有更多的行星吗?

 

最被大家熟知的行星按照自己的轨道运行着,新发现的这些小行星永远不会比海王星的轨道更接近太阳,并且需要长达2万年的时间才能绕太阳一圈。它们的存在意味着在类似轨道上还存在成千上万个看不见的海王星外天体。

 

这些小行星如何到达它们目前的运行轨道尚不清楚。即使在它们轨道上最接近海王星的地方,也几乎没有受到海王星的引力作用。目前已有的一个假设,是还存在一个看不见的大行星,可以称之为为“行星九”(Planet Nine),它的引力导致小行星在太空中聚集。然而,太阳系几大行星都以很缓慢的速度平稳展开,而不是聚集在一起。也许“行星九”的引力作用更加微妙,又或者这些小行星的运行轨道是以不同的方式形成的?

 

关于太阳系历史的研究还处在起步阶段,希望这些小行星的发现能有助于拼凑太阳系的起源。

 
 
 

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