太阳系边疆的传奇

张唯诚

2019年新年伊始，美国宇航局的冥王星探测器“新地平线号”在太阳系的边疆拍摄到了一个“雪人”形状的物体。这块太空岩石的直径大约为33千米，距离地球约42.8个天文单位。它有2个叶状的圆球，其中一个的大小是另一个的3倍左右。圆球通过一个狭窄的“脖子”连接。根据美国行星科学家艾伦·斯特恩的解释，这颗行星属于“相接双星”，官方编号为“2014 MU69”。但它还有个绰号，叫“天涯海角”。其中的大圆球名为“天涯”，小圆球名为“海角”。

科学家们认为，“天涯海角”可能是太阳系中最古老、变化最小的天体之一，所以，知道它是如何形成的就有可能揭示一些行星形成的奥秘。

“柯伊伯带天体”的“栖息地”

“天涯海角”的“栖息地”离地球很远，属于太阳系的边疆。这个地方被天文学家们以荷兰裔美籍天文学家杰拉德·柯伊伯的名字命名，称为“柯伊伯带”。1905年，柯伊伯出生于荷兰，大学毕业几年后便去了美国，此后潜心研究太阳系，有了很多发现。柯伊伯对彗星尤其感兴趣。彗星是一种冰冻的天体，通常拥有一个偏心率很高的椭圆轨道。当它们从太阳附近飞过时，太阳的热量会加热它们的表面，會蒸发掉一些物质，这些物质在太阳的光压和太阳风的作用下，于背离太阳的方向形成彗尾，这便成了彗星。

彗星每一次经过太阳都要挥发掉一些表面物质，假若太阳系中过去存在短周期彗星的话，它们理应慢慢减少，终至消亡。但为什么人们还会发现新的短周期彗星呢？柯伊伯提出了“猜想”：在海王星轨道之外可能存在着一个带状的区域，那里有一个彗星的“大本营”，大量冰状天体呈带状分布着，它的外边缘大约延伸到50个天文单位的地方。柯伊伯的计算表明，位于海王星轨道之外的那些天体难以黏结成一个大行星，它们中的一些偶尔会在外力作用下脱离正常轨道进入到内太阳系中来，从而变成短周期彗星。正因为如此，人们才能够源源不断地发现新的短周期彗星。

按照柯伊伯的说法，那些天体是太阳系的“遗留物”，它们无法黏结成一颗大行星，只好以大行星“原材料”的形式在太阳系黑暗的边缘幽灵般地游荡，被称为“柯伊伯带天体”。正因为这个原因，那些天体才会非常古老，它们可能是冰块、岩石和尘埃的混合物。

搜寻“柯伊伯带天体”

猜想提出后，天文学家们开始对这种天体非常着迷了，因为这种天体中很有可能保留着很多太阳系形成之初的原始信息，研究它们就仿佛在打开“文物密藏容器”，能让我们发现太阳系演化的诸多真相。

科学家最初只是用天文望远镜搜寻“柯伊伯带天体”。从1992年到1999年，他们共发现了170多个，到2001年共发现了400多个，到2005年则增加到800多个，到2010年已经超过了1000个。但这还只是冰山一角。据科学家们估算，那里的天体多达数十亿个，其中直径超过100千米的天体不少于3.5万个。人们认为，运行在那里的冥王星也是一个“柯伊伯带天体”，因为它没能清除自己轨道附近的小天体，所以冥王星也失去了太阳系大行星的资格。

2015年，“新地平线号”飞掠了冥王星。这是人类用太空探测器首次近距离考察一颗“柯伊伯带天体”。在“新地平线号”发回的数据中，冥王星是一颗混合着水冰和岩石的天体，拥有活跃的地质活动和大气活动。

土卫九之谜

在这之前，一艘太空探测器还近距离地考察了一颗疑似的“柯伊伯带天体”，它就是土卫九。1981年8月26日，“旅行者2号”在离土卫九220万千米的地方拍摄了土卫九。照片中的土卫九呈现出模糊的形状，有一些亮斑和微微的红色。

研究表明，土卫九是一颗奇特的卫星。它距离土星非常远，公转的方向与土星自转的方向相反，轨道也是倾斜的。这些另类的特性使天文学家们怀疑土卫九和土星的其他卫星并非产生于同一个地方，而是被土星强大的引力从其他地方捕获后才成为土星的卫星的。

按照现代星云说的观点，行星和它的卫星由同一块星云凝聚而成。卫星的前身就是围绕行星旋转的星子盘，它的转动方向必然与行星的自转和公转方向一致，所以在星子盘中不会产生逆行卫星。但土卫九是一颗逆行卫星，它的身上还有其他不规则性，如轨道偏心、表面暗淡等。它的内核也可能既不是纯冰也不是纯岩石，而是这两种物质的混合体，其混合的比例与彗星相似。所以人们推测，土卫九的前身很可能就是一个“柯伊伯带天体”。

回到太阳系的过去

但土卫九的身世之谜并没有最终揭开，对于它是否真的来自于“柯伊伯带”也无法作出肯定的回答。“天涯海角”则不存在这样的问题，它是在“柯伊伯带”中得到的近距离影像，因此非常难得。 “新地平线号”地质小组的负责人杰夫·摩尔认为，对行星科学家来说，“天涯海角”的形状就是一项很有价值的发现。这种形状支持了这样一种观点：类似行星的天体可以从一堆缓慢堆积的小岩石中“生长”出来。 “我们可以把‘新地平线号想象成一台时间机器，它把我们带回到了太阳系历史的最早期——一个我们可以观察行星最原始构造块的时期。”

测量显示，“天涯海角”每15小时旋转一周，这是一个很理想的旋转速度。如果旋转得太快，那块形状奇特的岩石就会发生断裂。

科学家们还认为，这块岩石的两端之所以呈圆形，是因为小岩石相互粘合在一起形成了更大的圆球。岩石之间的碰撞很可能发生得很慢，这使岩石粘在了一起，而不是撞成碎片。最后的碰撞发生在两个球体之间。这样的碰撞和粘合，也许就是早期太阳系原始天体“成长”的一种方式。

“天涯海角”的红色，是生锈的颜色，是辐射造成的，辐射改变了外来冰。这些冰的成分可能是甲烷或者氮。

“新地平线号”仍在向地球发回数据，这些数据将显示这块太空岩石表面的更多细节。人们认为，对“柯伊伯带天体”的探索是人类认识太阳系起源和演化的重要途径。