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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 1992年8月30日,在对比两张CCD相片时,一个缓慢移动的小天体引起了朱惠特的注意。一般来说,距离太阳越远的天体运动得越慢,从那个天体的移动速度来看,它与太阳的距离似乎有60天文单位。换句话说,这似乎是一个海外天体。当然,仅凭两张相片的对比是不足以作出结论的,于是他们对该天区进行了反复的拍摄与对比,结果证实这一天体的确是在缓慢地运动着,而且其运动速度所显示的距离的确是在海王星轨道之外,因此的确是一个海外天体。
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朱惠特与卢简终于成功了。四年了,他们在这仿佛伸手便可摘到星星的巅峰之上苦苦寻找,运气却仿佛远在星辰之外。没想到成功竟然就在今夜,这一刻真让人猝不及防!朱惠特与卢简兴奋得像两个大孩子一样在观测室里又蹦又跳。他们将这一消息通告了国际天文联合会(International Astronomical Union)所属的小天体中心(Minor Planet Center)〔3〕。9月14日,小天体中心的天文学家马斯登(Brian Marsden)正式公布了这一发现,并确定了该天体的临时编号:1992QB1〔4〕。据测定,1992QB1的轨道半长径约为44天文单位(比朱惠特最初估计的要小,但的确是在海王星轨道之外),直径约为160千米。
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〔1〕按照用姓氏称呼外国人名的惯例,Jane Luu应该被称为卢,考虑到一个字的中文名用起来比较别扭,本书将Jane Luu按全名译为卢简。
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〔2〕我们曾在第20章中提到过这个天文台,海王星档案就是在那里失而复得的。塞罗托洛洛天文台虽远在智利,却是美国国家光学天文台(National Optical Astronomy Observatory)的一部分。
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〔3〕Minor Planet Center若直译,应为“小行星中心”,但考虑到中文的“小行星”一词往往特指由英文asteroid所表示的小行星带中的小天体,因此本书将之译为“小天体中心”。
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〔4〕自1925年以来,天文界采用了以发现年份外加两个英文字母作为小天体临时编号的做法。其中第一个字母(I与Z不出现)表示发现小天体的半月,从一月上半月的A到十二月下半月的Y。第二个字母(I与Z同样不出现)则按照小天体在该半月中的发现顺序排列。如果该半月中发现的天体数目超过24个,则以下标表示字母被重复使用的次数。请读者按照这一命名规则推算一下1992QB1是哪一个半月发现的?以及它是该半月中被发现的第几个小天体?
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 30 玄冰世界
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1992QB1的发现是人类在寻找太阳系疆界的征途上取得的又一个重要进展。不过在一开始,有些天文学家对1992QB1是否真的是海外天体还心存疑虑。比如小天体中心的马斯登,他虽然亲自宣布了1992QB1被发现的消息,但其本人却是怀疑者中的一员。他认为1992QB1有可能只是一个轨道椭率很大的天体,这样的天体虽然远日点距离很大,但绝大多数时间其实都处在海王星轨道以内,从而算不上是货真价实的海外天体。马斯登甚至为自己的猜测与朱惠特打了500美元的赌。
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这个赌局很快就有了结果。1993年3月28日,朱惠特与卢简发现了第二个海外天体,临时编号为1993FW。1993FW的轨道及大小都与1992QB1相似,它的发现极大地动摇了马斯登的怀疑,因为天文学家们在对这两个天体的轨道计算中犯下同样错误,一错再错地把轨道椭率很大的天体误当成海外天体的可能性是很小的。此后不久,更多的海外天体被陆续发现,从而越来越清楚地表明它们正是理论家们几十年前所猜测的那个海外小天体带的成员。1994年,当海外天体的数量增加到六个(其中四个是朱惠特与卢简发现的)时,马斯登终于“投降”,乖乖交出了500美元。
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与当年发现小行星带的情形相类似,随着观测技术的持续改进,以及受第一轮发现的吸引而对海外天体感兴趣的观测者的增多,海外天体的发现不断提速,在热闹的年份里一年就能发现一两百个(当然,它们的发现也因此而很难再登上新闻标题了)。不过,由于距离遥远,加上体形苗条,海外天体大都极其暗淡,视星等通常在20以上,不到冥王星被发现时的亮度的1%;加上观测海外天体在各大天文台的任务排行榜上的地位较低,因此被发现的海外天体因未能及时跟踪而重新丢失的比例也大得惊人,有时竟达40%。寻找海外天体的努力,仿佛是往小学数学题里那个开着排水口的水池里灌水,一边找,一边丢。不过在一群像朱惠特与卢简那样执著的天文学家的努力下,得到确认的海外天体(图16)的数量还是稳步增长着。截至2008年3月,被小天体中心记录的海外天体数量已经超过了1300,它们的表面大都覆盖着由甲烷、氨、水等物质组成的万古寒冰。
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图16 若干直径较大的海外天体(下方为地球)
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随着数量的增加,天文学家们对海外天体按其轨道特征进行了粗略的分类,其中距太阳30~55天文单位的海外天体被称为柯伊伯带天体(Kuiper belt object),它们构成了所谓的柯伊伯带。我们在第28章中曾经提到,“柯伊伯带”这一名称其实有点乌龙,因为在曾经猜测过这一小天体带的天文学家中,柯伊伯的观点偏偏是认为它们如今早已不复存在,从而与观测结果完全不符。不过,柯伊伯是一位对现代行星天文学有过重要影响,甚至被一些人视为现代行星天文之父的天文学家,用他的名字命名一个天体带也不算过分。据估计,柯伊伯带中直径在100千米以上的天体可能有几万个之多,目前已被发现的还只是冰山之一角。
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另一方面,柯伊伯带天体相对于全部海外天体来说也同样只是冰山之一角。在发现柯伊伯带的过程中,人们也发现了一些离太阳更远的天体,那些天体被称为离散盘天体(scattered disc object),它们的轨道椭率通常很大,轨道倾角的范围也比柯伊伯带天体宽得多,它们的远日点比柯伊伯带天体离太阳远得多,但近日点却往往延伸到柯伊伯带,个别的甚至会向内穿越海王星轨道。一般认为,离散盘天体最初也形成于柯伊伯带之中,后来是因为受到外行星的引力干扰而被甩离了原先的轨道。有鉴于此,天文学家们有时将离散盘天体称为离散柯伊伯带天体(scattered Kuiper belt object)〔1〕。
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人们早期发现的海外天体的直径大都在一两百千米左右,但渐渐地,一些更大的天体也被陆续发现了。(请读者想一想,哪些因素有可能导致那些更大的海外天体反而较迟才被发现?)下表〔2〕列出了其中较有代表性的几个(其中“正式编号”是小天体中心在轨道被确定后指定给小天体的编号):
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这些天体的大小都接近或超过了最大的小行星——谷神星(谷神星的直径约为960千米)。看来这遥远的玄冰世界里还真是别有洞天。不过,这些天体与行星世界的小弟弟,直径约2300千米的冥王星相比终究还是偏小了一点。
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但就连这一点也在2005年的新年伊始遭遇了挑战。
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