第1个回答 2022-06-09
贺俊杰/文
1781年天文学家发现天王星，1846年发现了海王星，1930年冥王星的发现。
不过，冥王星的直径只有2322公里，比月球还小，其质量也不足以影响海王星的轨道。
后来的观测表明，海王星的轨道完全符合预期，无需大质量扰动者的存在。
而一直至今，在海王星轨道的外面还存在着众多冰状天体，我们只探测到了其中一小部分而已。
大约有2千个天体在冥王星附近运动。
那片区域叫做柯伊伯带。它的边界大致位于48个天文单位（1天文单位等于日地间距离）处，因为从那里开始，天体的数量便迅速减少了。
柯伊伯带是原初太阳星云（孕育太阳系的星云）的遗存物。那一带幅员辽阔，物质密度很低，距离太阳又十分遥远，物质无法坍缩形成行星。
事实上，外太阳系很难形成任何天体，就连天王星和海王星都极有可能不是在原地形成，而是在与木星和土星发生相互作用时被踢到今天所在的位置上去的。
短周期彗星（轨道半长轴仅为几十个天文单位且轨道倾角很小）可能就是刚逃出来不久的柯伊伯带天体。
虽然柯伊伯带的主要部分大约在48个天文单位处截止，但在太阳系边缘还存在着另一个天体聚集区，长周期彗星就来自于那里。
长周期彗星的轨道半长轴长度通常可以达到几万个天文单位。太阳系的行星轨道近乎处于同一平面（太阳系行星实际上全部位于黄道面内）。
奥尔特云可能与太阳系行星同时形成。
在太阳系形成过程中，巨行星所在的区域里也有不少个头不算小的天体。它们中的绝大多数都被巨行星吞并了。
不过，正在长大的行星也把其中一些天体甩了出去。
其中大部分都被抛到太阳系以外，飞入星际空间了。
但仍有1%-10%的天体由于能量不足，没能摆脱太阳系的束缚，最终只能在遥远的外太阳系徘徊。
被抛出去却又没能逃脱太阳引力的天体都在椭圆轨道上运动，或许可以运动到几千、甚至几万个天文单位远处。
但是，它们仍然可以运动到距离太阳比较近的地方（在其轨道近日点），经过它们原先曾被踢出去的那个地方。
因此，这些天体的轨道仍有一部分
位于巨行星区，并且还有机会与大质量行星再次发生强烈的相互作用。
作用的结果要么是最终发生撞击，要么是它们被彻底踢出了太阳系。
在椭圆轨道上运动的天体松散地聚集在一起，形成奥尔特云。
在那里，太阳的引力已经衰弱不堪，反倒是邻近恒星、银河系中心还有银河系盘面的作用力开始占主导地位。
这些力类似于潮汐力，能够把天体的轨道近日点向外拉，使其不致再与木星之类的巨行星碰撞。
随着时间推移，这些作用力随机改变着奥尔特云天体的轨道及其倾角，致使其中一些天体逃出太阳系，进入星际空间。
另一些天体则又被抛回到行星附近，成为我们看到的长周期彗星。
实际上，由于其它恒星的偶然路过，内太阳系可能经历过彗星雨。
科学家认为，恒星交会促使彗星频繁撞击地球，可能导致地球生物灭绝。不过，恒星交会引发的后果是非常难预测的。
那么，在奥尔特云与柯伊伯带之间的那片区域又有什么天体呢？
天文学家曾经认为，不存在一个天体，其整个轨道都在那个区域里，因为那里的银河系潮汐力还不足以把天体的轨道近日点完全移出太阳系的行星区。
2003年，天文学家使用美国帕洛玛天文台1.2米口径塞缪尔·奥欣望远镜对北半球几乎所有的可观测天区进行了一次浅度巡天观测。
在此期间，他们发现了塞德娜。它的个头在1000公里左右，轨道近日点位于76个天文单位处，轨道半长轴长度为532个天文单位。
它是人类发现的第一个轨道全部位于那个区域的天体。
塞德娜是如此的出人意料、不同寻常，天文学家不得不重新思考太阳系的形成了。
10年后，双子星天文台又发现了2012 VP113。它的轨道近日点位于80个天文单位处，比塞德娜的轨道近日点还远。
令人惊讶的是，它的轨道半长轴却比塞德娜的小，只有265个天文单位。
这两个天体的轨道都很稳定。目前，它们没与任何太阳系已知天体有强烈的相互作用。
尽管如此，它们拥有极椭圆的轨道这一点说明，它们必定曾在某一时期与某些天体发生过碰撞。
一些天文学家称它们为内奥尔特云，因为它们不似更遥远的外奥尔特云天体那样容易被银河系潮汐力摆布。
也就是说，奥尔特云的轨道自古以来一直保持着稳定，因此，它们实质上是保存太阳系形成信息的“化石”。
塞德娜是在高效巡天中用最大像素的相机发现的。
当天文学家把此类相机安装到更大口径的望远镜上时，他们发现了2012 VP113。
在智利托洛洛山美洲天文台，4米口径布兰科望远镜上的暗能量相机能够拍摄约2.7平方度的天区。
如此大的图像相当于11个满月面积的总和，比之前所有4米甚至更大口径望远镜上的相机拍摄的天区面积大好几倍。
我们继续搜寻着远方，期望在未来几年找到更多IOC天体。
天体距离我们越远，看上去越暗。因此，外太阳系很可能隐藏着不少大个头天体。
我们看到的是它们表面反射的太阳光。
太阳光首先传到天体面前，经天体表面反射，再传到地球。天体与我们之间的距离增加2倍，它的亮度便会降低16倍。正因如此，只有当塞德娜和2012 VP113位于轨道近日点附近时，我们才能看到它们。
除此之外，在大多数时候，我们都无法看到它们。
同理，我们也无法看到那些与火星个头差不多、并且在类似轨道上运动的天体，因为它们离我们太过遥远而十分暗淡。
太阳系内可能不会再有更多的巨行星存在了，否则美国宇航局的大视场红外巡天 探索 者就会在红外波段探测到它们温暖的大气。
巨行星散发的热量要比它从太阳那里吸到的热量多，这是因为它们在行星形成过程中累积下来的能量还没有散尽。
在柯伊伯带边缘的天体，我们注意到它们之间的相似点：这12个天体有相似的近日点幅角。
近日点幅角是轨道近日点与黄道面内的轨道升交点之间的夹角。近日点幅角为0，意味着天体的轨道近日点在黄道面内，90度则说明天体在运动到近日点时偏离黄道面最远。
这些遥远天体的近日点幅角都不超过几十度。这完全出乎我们的意料。
我们原以为它们的近日点幅角应该是随机分布的。一种可能的解释是，一个未知的大质量天体在操控着它们，使其在有相似近日点幅角的轨道上运动。
那10个柯伊伯带边缘天体的形成过程可能与塞德娜、2012 VP113相似。
不过，还有一种可能的解释是，它们曾经与海王星发生相互作用，因为它们的轨道近日点比较靠近海王星的势力范围。