打开

探测器抵达柯伊伯带,拍下真实画面!无法想象,这就是外太阳系

subtitle
你好科普 2021-08-01 12:08

对我们来说,宇宙之中还有很多奥秘等着我们去发现和解答。然而浩瀚的宇宙何其宽广,只靠天文望远镜观察天体并不能发掘出更多的细节,我们想要发射探测器,更近距离地观察这个宇宙。

打开网易新闻 查看更多图片

Tips:宇宙Universe,在物理意义上被定义为所有的空间和时间(统称为时空)及其内涵,包括各种形式的所有能量,比如电磁辐射、普通物质、暗物质、暗能量等。

1977年,承载着人类梦想的旅行者一号探测器发射成功,它上面携带的摄像装置为我们捕捉到了不少宇宙中的惊魂一瞥。比如说第一张地球和月球的合影,还有木星上巨大的峡谷,还有在距离四十亿千米时拍到的地球照片。但可惜的是,随着旅行者号上电池的消耗,如今的它已经关闭了大多数功能,所以我们再也没法用它看到太阳系边缘的神奇景象。

Tips:旅行者1号Voyager 1,是由美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器。于1977年9月5日发射,截止到2020年6月仍然正常运作。它曾到访过木星及土星,是提供了其卫星高解像清晰照片的第一艘航天器。

这个遗憾一直到2019年1月1日,才终于等来了转机。美国发射的新视野号探测器也终于抵达了太阳系边缘的柯伊伯带,并且拍摄到了一颗神奇的小行星。这个长得像葫芦一样的小天体,也是我们目前近距离观察到的最遥远的天体。外太阳系里有什么?又能给我们探索生命的起源带来什么启示呢?

什么是柯伊伯带?

在20世纪之前,因为观测技术有限,我们一直以为海王星就是太阳系的边缘。在天文学中,我们习惯把太阳到地球之间的平均距离,1.5亿公里当作是一个天文单位,照这样来算,海王星距离太阳有30多个天文单位。

Tips:海王星Neptune,天文符号:♆,是太阳系八大行星之一,也是太阳系中第四大天体,而且是已知太阳系中离太阳最远的大行星。

不过,通过推算海王星的轨道,有学者认为在海王星的外面还有大质量的天体,它的重力作用导致海王星的轨道更加向外。到了1930年,天文学汤博根据预测,用天文望远镜发现了冥王星的存在。这一发现在当时引发轰动,冥王星顺理成章地成为了太阳系中的第九大行星。但是,兴奋劲还没有过去多久,人们就发现,冥王星的个头太小,重量只有月球的六分之一,它并不是行星,而是小行星中个头比较大的一个。

Tips:冥王星Pluto,天文符号为♇,是柯伊伯带中的矮行星。冥王星是被发现的第一颗柯伊伯带天体,第一颗类冥天体,是太阳系内已知体积最大、质量第二大的矮行星。

很快,天文学家就开始怀疑海王星外是不是真的空无一物了。按照星系的形成理论,太阳系最初由一个巨大的吸积盘构成。当中心的物质聚拢形成太阳之后,引发的强烈太阳风将其他物质推了出去,于是,靠近太阳的金星、水星、地球以及火星都是密度比较大的固态行星。而土星、木星、天王星和海王星则是密度比较小的气态行星。而介于火星和土星之间的,则是一条由无数小行星组成的小行星带。

这些小行星和我们平时看到的星球完全不同,形状千奇百怪,被认为是太阳系形成之后留下的“残渣”。但有个问题是,如果这些小行星带是残余的话,为什么在它之外又会有四个巨型气态行星存在呢?尤其是距离最远的海王星,既然在距离太阳30个天文单位的地方,还有大量物质可以形成一颗行星,它的外围怎么可能空无一物呢?

Tips:由于小行星带是小行星最密集的区域,这个区域因此也被称为主带。小行星带距离太阳约2.17-3.64天文单位的空间区域内,聚集了大约50万颗小行星。

凭着这个疑问,以及陆续发现的更多小天体,美国天文学家弗雷德里克·伦纳德提出,在海王星的外面,应该还有一个天体群存在。到了1951年,荷兰裔天文学家杰拉德·柯伊伯在此基础上提出了更完整的理论。他认为在海王星之外,存在着一个类似于小行星带的狭长圆盘,这其中包含着各种各样的小天体。

他的理论在1992年得到了证实,天文学家大卫·朱维特和他的学生刘丽在海王星外又发现了两个小天体,这是继冥王星和它的卫星卡戎之后发现的外太阳系小天体。于是,天文学上便把这个新发现的小行星带命名为柯伊伯带。

Tips:杰拉德·柯伊伯(1905·12·7―1973·12·24),荷兰裔美国天文学家,提出在太阳系边缘存在一个由冰物质运行的带状区域,为了纪念柯伊伯的发现,这个区域被命名为“柯伊伯带”。

如今,我们对柯伊伯带已经有了更深的认识。它是位于海王星轨道外的圆盘状区域,里面的小天体非常密集,而且比内太阳系的小行星带要大得多。它大概有25个天文单位那么宽,是小行星带的20倍,而其中小行星的重量,比小行星带重20到200倍。

柯伊伯带中有些什么?

在柯伊伯带中,大多数的天体都是由甲烷、氨和水构成的冰质天体。其中绝大多数的个头都非常小,绝大多数都不会超过100公里,比如说彗星就是小天体中个头比较大的一类。而能被归入小行星行列的,大概有300多颗。

至于个头再大一些,能靠自己的引力变成近似球体的矮行星,就寥寥无几了。比如说在太阳系的小行星带中,只发现了一颗矮行星,被称为谷神星,平均直径为952公里。而在柯伊伯带中,属于矮行星范畴的就比较多了。

Tips:在太阳系中最早发现的四大小行星(谷神星Ceres、智神星Pallas、婚神星Juno和灶神星Vesta)中,谷神星是最大的一颗,通常被称作『伟大的母亲』。

比如第一个被发现的冥王星,它是柯伊伯带天体中体积最大,质量第二大的矮行星。而之前被当作冥王星卫星的卡戎,现在也被当作矮行星之一,因为与其说卡戎在围绕冥王星公转,不如说冥王星和卡戎之间因为质量差别不大,所以形成了一个双星系统。

此外还有妊神星,它的质量只有冥王星的三分之一,它的样子显得有些奇怪,像是一个被拉长了的椭球。其长半轴大约是短半轴的2倍。之所以如此奇怪,天文学家推测它应该是由两个小天体碰撞之后融合而成的。当初的碰撞不仅形成了妊神星,其他破碎的残骸还变成了它的两个卫星。其实,地球和月球,也是在于此类似的碰撞中形成的,所以月球的岩石才会和地球岩石成分如此接近。

Tips:矮行星dwarf planet,或称“侏儒行星”,体积介于行星和小行星之间,围绕恒星运转,质量足以克服固体引力以达到流体静力平衡(近于圆球)形状。

最后是鸟神星,它的直径大约是冥王星的四分之三,而且亮度要比冥王星高得多,但有趣的是它却是柯伊伯带中最晚发现的矮行星。这是因为它的公转轨道和轨道面之间的夹角太大了。太阳系中大多数天体都处在黄道面之上,只有少数天体偏离黄道面运行,比如冥王星和鸟神星,就像是圆盘里面突出来的异类。

Tips:黄道面ecliptic plane,是指地球绕太阳公转的轨道平面,与地球赤道面交角为23°26'。由于月球和其它行星等天体的引力影响地球的公转运动,黄道面在空间的位置总在不规则地连续变化。

如果它们的公转角度更大的话,都应该被归入离散盘的范畴。比如说阋神星和共工星,它们是处于柯伊伯带边缘,离散盘中的矮行星。因为它们的轨道非常混乱,每转一圈都会发生改变,所以谁也无法预测它们以后将去向何方,或许在以后可能会直接飞离太阳系。

柯伊伯带的“领航员”

尽管我们已经知道了柯伊伯带的大体情况,但是谁不想更近距离地看看这些遥远的天体呢?于是,带着这个心愿,新视野号探测器在2006年踏上了漫漫旅程。它的任务除了顺道看看木星之外,主要是为了探索冥王星以及柯伊伯带天体。这次和冥王星的碰面意义重大,探测器上甚至携带了冥王星发现者汤博的一部分骨灰。

Tips:2019年2月23日,美国航天局公布了“新视野”号探测器发回的一组图片,揭开了人类迄今探测的最遥远太阳系天体——“天涯海角”的地貌特征。

2006年1月19日,新视野号探测器在美国肯尼迪航天中心发射升空,它是目前为止发射速度最快的太空探测器,在摆脱了地球引力束缚之后,新视野号掠过火星,穿越小行星带,凭借木星的重力加速向着更远的柯伊伯带进发。也是继先驱者十号、先驱者十一号,旅行者一号和二号后,第五个到达海王星轨道外的探测器。

2015年7月14日,新视野号终于飞越冥王星,向更深处进发。新视野号离冥王星最近时只有1.25万公里,它拍摄了大量冥王星的高清照片。人们第一次看清了这颗遥远的天体,和它的卫星卡戎。

Tips:卡戎一般指冥卫一。冥卫一是矮行星冥王星中五颗已知天然卫星中最大的一颗。它的平均半径为606千米。

在冥王星的表面,到处都是冰山和冰平原,上方还有稀薄的大气层。卡戎星上也有不少撞击留下的坑洼和裂纹。在以前的认识里,冥王星这类矮行星应该就是一个大冰球,除了有破裂的沟壑之外,应该是非常平坦的表面。但这次新视野号拍摄的特写照片显示,冥王星上依旧有造山运动,有复杂的地文地貌。

太阳系的天涯海角

在飞越冥王星之后,新视野号探测器继续向太阳系边缘飞去,它花了两年的时间对柯伊伯带中的天体进行成像观测,一直到2017年2月,新视野号重新调整航向,朝着最后的目标飞去。

Tips:“天涯海角星”是国家天文台迄今为止不多的以地市级行政区划命名的小行星,也是海南省唯一获得小行星命名的景区。

新视野号最后的观测目标是一颗由中国人发现的小天体。1997年6月3日,天文学家朱进在助手王嘉力、李向阳、马春梅的协助下发现一颗小行星,临时编号1997LK。它有着和其他小行星截然不同的外貌,虽然是远距离观测,但天文学家已经确认,它是一颗长得像雪人的古怪小行星。我国天文学家给它起了一个很形象的名字,叫“天涯海角”。

Tips:天涯海角星,是人类目前为止近距离观察到的最远的小行星,这也是人类发现的第一个相接双星。

星体上个头大的那部分被叫做天涯,小的被叫做海角,距离地球大概有66亿公里远。天文学家很想知道,这颗特殊的小行星为什么会是雪人状的,有人推测天涯和海角原本应该是两颗小行星,之后撞在一起才变成了这幅模样。但是,真实的情况究竟如何,只有近距离看一看才能知道。

2019年1月,新视野号终于到达了“天涯海角”附近,并向我们传回了天涯海角的照片。这次近距离观测为我们提供了天涯海角更多的细节。比如天涯海角之间明显的颈部结构,这说明这确实是一颗相撞后形成的小天体,不过天涯海角之间撞击的速度非常小,速度可能不会超过3米每秒。

Tips:研究团队认为,天涯和海角原本应该是两颗曾经相互环绕的双星系统。但是随着速度越来越慢,它们之间越靠越近,最终轻轻地碰在了一起。

在过去,天涯和海角要比现在还大一些,但经过漫长的时间后,星球表面的甲烷一氧化碳等物质升华,天涯海角才慢慢变瘦,最终出现了明显的脖子。这可能是所有柯伊伯带天体都要经历的命运,也许过上数十亿年,这里大部分的小天体都会气化消失。

除此之外,我们还在天涯海角上有了更多有趣的发现。这颗表面最高温度在零下218摄氏度的寒冷星球通体发红,这是含碳分子在紫外线的长时间照射下才形成的颜色。而这也意味着,天涯海角上有可能存在有机物。

Tips:有机物一般指有机化合物。狭义上的有机化合物主要是指由碳元素、氢元素组成,但一定是含碳的化合物。

要知道,有机物是生命活动的关键,这项发现也进一步印证了地外起源说。也就是地球上的生命,最初是来自遥远太空中的小天体带来的。当然,这也只是生命起源的推测之一,大部分学者还是相信,地球上的生命是自己在原始海洋中出现的。至于究竟谁对谁错,就要看新视野号,或者以后的探测器能不能带给我们更多的惊喜了。

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。
371赞
大家都在看打开应用 查看全部
网易热搜每30分钟更新
打开应用 查看全部
打开