柯伊伯带

天文学

kē yī bó dài

柯伊伯带是海王星轨道以外一条由冰质天体组成的环带,范围约在30到50 AU之间,包含冥王星,也是短周期彗星的来源。

Visualization

Definition

柯伊伯带是海王星轨道以外、太阳系寒冷外缘处一条由冰质天体组成的巨大环带,就像小行星带一样,只不过规模大得多、主要由冰构成,冥王星是其中最有名的成员。它是一个从海王星轨道(约 $30$ AU)一直延伸到约 $50$ AU的盘状区域,其中包含矮行星冥王星、妊神星和鸟神星,估计还有数十万个直径超过 $100\ \text{km}$ 的天体,由冻结的水、甲烷和氨与岩石混合而成,也是公转周期不到 $200$ 年的彗星的来源。柯伊伯带中的天体是原始星子盘遗留下来的,可以分成几个不同的群体:位于约 $42$ 到 $48$ AU、轨道偏心率较低的经典带天体;处于海王星 $2{:}3$ 共振、位于约 $39.4$ AU附近的类冥天体;以及轨道偏心率很高的离散盘天体。这一结构记录了海王星早期向外迁移的历史,而柯伊伯带目前的总质量仅为地球质量的百分之几,说明大部分原始物质已经流失。

Example

2015年,新视野号探测器飞掠冥王星,传回了柯伊伯带世界的第一批近距离照片,画面中有冰山和一片心形平原。$40$ AU处的太阳光强度只有地球所受的 $1/1600$,因此那里的表面温度约为 $-230^\circ\text{C}$,天体绕太阳一周需要 $250$ 到 $350$ 年。2019年1月1日,新视野号飞掠了位于 $43$ AU处的经典带天体阿罗科斯,发现它是一个直径约 $36\ \text{km}$ 的接触双星,两个轻柔相连的裂瓣,说明它是在一个未受扰动的环境中缓慢吸积形成的。

Key Insight

柯伊伯带是许多彗星的来源;当一个天体被推向太阳方向时,其冰物质便开始汽化,长出彗尾。柯伊伯带是先被预言、后被发现的:继冥王星之后的第一个成员天体于1992年被发现,随之而来的大量新发现最终促成了冥王星的重新分类。柯伊伯带与更遥远得多的奥尔特云,分别孕育出不同的彗星家族:靠近黄道面运行的短周期彗星来自柯伊伯带,而从四面八方到来的长周期彗星则来自奥尔特云。