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柯伊伯带长啥样?“新视野”号拍下照片,无法想象这是外太阳系
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2023.08.15 四川

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新视野号是美国国家航空航天局(NASA)于2006年1月19日发射的一艘太空探测器,目的是深入探索冥王星及其环境,以及柯伊伯带天体等外太阳系天体。

2015年,新视野号经过4.8亿公里的飞行后,成功飞越冥王星,成为首个到达冥王星的太空探测器。此后,新视野号继续向外探测,探测了一些柯伊伯带天体。然而它近距离拍摄的一些天体照片,却让人难以想象这是外太阳系。

啥是柯伊伯带?

太阳系是由太阳、行星、卫星、小行星、彗星、陨石等天体组成的。在太阳系中,太阳是最大的天体,它占据了太阳系中99.86%的质量,同时也是太阳系中的中心天体。

太阳系中的行星分为内行星和外行星两类。内行星包括水星、金星、地球和火星,它们都位于太阳系的内部,靠近太阳,因此也被称为“类地行星”。外行星包括木星、土星、天王星和海王星,它们位于太阳系的外部,因此也被称为“类木行星”。除了行星外,太阳系中还有许多卫星,它们围绕着行星运行。例如,地球有一个卫星——月球,木星有至少79个卫星,土星有至少82个卫星,天王星和海王星也各有多个卫星。

那么在八大行星之外还有其他行星吗?最早人们认为冥王星就是第九大行星,因为1930年克莱德·汤博发现它的质量和轨道位置都与行星相当。它距离太阳约39.5个天文单位,直径约为2370公里,质量约为地球质量的0.0022倍,表面主要由冰和岩石组成,这不就妥妥的行星了吗?

然而2006年8月,国际天文联合会(IAU)正式将冥王星的行星地位削减为矮行星,原因就是柯伊伯带的发现。

当时发现冥王星后,天文学家们就隐隐觉得海王星外还有不少天体。1951年,荷兰天文学家杰拉德·彼得·柯伊伯(Gerard Peter Kuiper),首次提出柯伊伯带区域的存在,但当时并没有直接观测到柯伊伯带天体。直到1992年,天文学家大卫·李维(David C. Jewitt)和简·路易斯(Jane X. Luu)在夏威夷天文台使用CCD相机观测到了第一个柯伊伯带天体——1992 QB1,标志着柯伊伯带的正式发现。

柯伊伯带(Kuiper Belt)是一个位于海王星轨道外围的、由冰冷的冰体和岩石构成的环形区域,是太阳系中最大的天体集群之一。柯伊伯带中的天体包括矮行星、小行星、冰冻彗星等,冥王星就是柯伊伯带中的一颗矮行星。

在2006年的会议上,国际天文联合会重新定义了“行星”的定义。根据新的定义,行星必须满足以下三个条件:首先,它必须绕着太阳运行;其次,它具有足够的质量,使得自身的重力足以使其形成为球形;最后,它必须“排除其他物体”,也就是说它的轨道上周围没有其他类似大小的天体。

冥王星并不满足第三个条件。柯伊伯带上有很多其他小天体。因此,国际天文联合会最终将冥王星归类为矮行星,而不是行星。柯伊伯带也借此机会大火了一把,然而我们对这片区域非常陌生,所有的了解都是基于望远镜的观测。柯伊伯带到底存在哪些天体,具体长什么样?科学家们只能靠猜测,这不符合人类的好奇心。于是2006年,新视野号发射了。

探索外太阳系

新视野号经过近10年的飞行终于到达了第一个目标地点——冥王星,并经过近距离高分辨率的拍摄,发现了很多新的特征。其中最引人注目的是冥王星南极区的“锅状坑”,这些坑中心都有一个深色的“岛屿”,周围是明亮的冰层。

谈到这个冰层就不得不提一句冥王星的温度。冥王星离太阳非常遥远,这使得星球上的温度极低,大约为-229℃。因此整个冥王星的表面都覆盖着各种类型的冰层,包括氮、甲烷和一些不明物质的冰。这些冰层可以形成冰山、冰峰和冰崖等地形。通过新视野号,我们可以清晰地看到那些冰层和它们所形成的地貌,这些地貌或许是太阳系形成早期遗留下来的珍贵信息。

新视野号探测器还发现了冥王星的大气层。其大气层主要由氮气组成,同时还有一些甲烷和一氧化碳等气体。在拍摄出的照片上我们可以发现,冥王星的大气层非常稀薄,仅有细细的一圈。根据测量,其大气压力只有地球的1/1000000。以前人们认为冥王星大气层应该逐渐冻结在表面上,但通过新视野我们发现,冥王星的大气密度在增加,并且始终维持气态,这为了解冥王星的演化和形成提供了新的线索。

此外,新视野号还拍到了疑似云层的画面,这完全出乎了天文学家的预料。如果云层被证实是真的,那么就意味着它存在一个活跃的表面物质循环,这很可能让它恢复行星地位,这对于人类探索太阳系的历史和未来都具有重要意义。

除了冥王星本身,新视野号还探查了它的卫星系统,新视野号发现其卫星共有五颗,分别为卡戎、尼克斯、许德拉、科波若斯和斯提克斯。其中卡戎最大,直径约为冥王星的一半,其表面布满了各种撞击坑和裂纹,与我们的月球表面非常相似。这些卫星的发现和特征研究对了解冥王星系统的形成和演化也有着重要的意义。

此后,新视野号继续飞向柯伊伯带深处,在这里它发现了一个奇怪的天体2014 MU69

“天涯海角”

2014 MU69是目前人类所探索到的最远天体,其距离太阳约为66亿公里,比冥王星还远16亿公里,因此它曾被赋予昵称“天涯海角”。它的长相非常怪异,由两个相互绕转的天体组成,其中较大的部分是天涯,小的那部分称为海角,形状类似于一个花生或者说是雪人。照片公布时,网友们纷纷表示难以置信。因为常见的天体都是球形,很少能见到这样奇怪的连体儿。

据了解,“天涯海角”的直径约为30公里左右,与第一印象不同,它并非是两个球体而是扁平的,其表面呈现出一种淡红色。根据其形状,天文学家推测它可能由两个小天体互相吸引合并而成。由于它呈现出明显的颈部结构,因此它们的合并速度将不会高于3米每秒。它们是如何对准,又是如何确保这个速度至今仍然是个迷。

在飞过天涯海角后,新视野号还在继续前进。2019年4月16日,NASA发布信息表示:新视野号已经达成了一个里程碑——距离地球突破50个天文单位。它是第五个达成这个任务的探测器,在飞过这个距离之后,新视野号还将继续飞行。未来它会飞出太阳系,像它的前辈旅行者1号和2号一样,飞向星际空间。与旅行者1号和2号不同,新视野号不仅携带了代表人类文明的金属碟片等物体,还携带了冥王星发现者克莱德·汤博的骨灰。

结语

新视野号探测器揭示了冥王星许多新的特征,包括其多样的地形、冰层、大气层、卫星系统和尘埃环等,这些发现对于人类对冥王星的认识和理解有着重要的意义。同时它对外太阳系的天涯海角进行了近距离观测,天涯海角奇特的景象超乎了人类的想象。

未来新视野号将继续向外飞行,它的速度并不快,希望有朝一日我们能够发明星际飞船,重新追赶上它们。

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