太陽系中,最遙遠的天體是什麼?

量子科學論 發佈 2020-03-21T04:35:18+00:00

「天文學的大橡樹已經倒下了,我們失去了它的影子。"——蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡太陽系是我們生活的恆星系,這裡面的一切都由太陽主宰,雖說我們目前對內太陽系的岩石行星非常熟悉,而且對外太陽系的氣體世界現在也不陌生。

「天文學的大橡樹已經倒下了,我們失去了它的影子。"——蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡(關於天文學家揚·奧爾特的去世)

太陽系是我們生活的恆星系,這裡面的一切都由太陽主宰,雖說我們目前對內太陽系的岩石行星非常熟悉,而且對外太陽系的氣體世界現在也不陌生。但是在太陽系的邊緣呢?那裡距離我們非常遙遠,比如天王星的距離,我們在地面上已經用肉眼很難分辨,而海王星更是無法看到,必須藉助強大的望遠鏡。

在海王星之外,那裡的世界一片死寂、寒冷,只能反射微弱的太陽光,但是每隔一段時間,這個我們無法企及的太陽系外部世界就會向我們展示它的「真容」,並不是我們主動去觀察、尋找那裡的天體,而是這些太陽系外部的天體會因為一次偶然的引力攝動被拋入太陽系內部,等它們穿過木星的軌道以後,這些冰冷的天體在高速運行的同時會在太陽的輻射下開始融化,形成由冰和塵埃組成的尾巴,為我們展示一場壯觀的「燈光表演」。

這些天體來自太陽系的柯伊伯帶,柯伊伯帶從海王星之外一直延伸到了海王星和太陽之間距離的兩倍。我們知道最近的恆星離我們有4光年遠,但是我們的太陽系,以冥王星為界只有地球到太陽距離的50倍(地日距離被稱為一個天文單位或1AU),也就是0.08%的光年!

在柯伊伯帶中,有無數個冰凍的天體,有時這些天體會受到海王星的引力擾動,然後被彈射到太陽系內部。如果這些天體靠近太陽,就會變成一顆彗星。但是柯伊伯帶並不是彗星的唯一來源。

在柯伊伯帶之外非常遙遠的地方是奧爾特雲,距離太陽平均50000AU,或者一光年遠。每隔一段時間,我們就會看到一顆彗星穿越內太陽系,如果這些彗星是來自柯伊伯帶,那麼它的周期還不到一個世紀,但是這些彗星的周期有些長達10萬年!這些長周期彗星數量很大,它們的軌道不可能是受到的了海王星的影響。

相反,這些長周期彗星的起源來自非常遙遠的物體雲!奧爾特雲是由揚·奧爾特在1950年提出的假說,並被普遍認為是長周期彗星的起源點。由於奧爾特雲距離我們非常遙遠,並且那裡的任何物體都沒有固有的光度,而且它們的溫度非常低,也就是說在紅外波段下也看不到它們,因此我們根本看不到這些天體。

但是我們有沒有辦法在這些物體飛入太陽系之前就探測到它們呢?

弱引力透鏡效應是指一個不發光的物體從一顆明亮的恆星面前經過時,由於它質量的存在,就會彎曲背景的星光,暫時放大星光。我們通常用這個效應去探測那些不發光的質量比較小的物體。但不幸的是,奧爾特雲內大多數物體質量都太小了,大約為10^15公斤,也就是地球質量的十億分之一。以至於這些物體所產生的弱引力透鏡效應以目前技術條件是探測不到的。

因此在整個20世紀,在奧爾特雲中,我們從未探測到任何物體。只有當這些物體闖進內太陽系以後,通過反射太陽光,我們才得以用光學望遠鏡看到它們。但是從2003年開始,我們已經打破了這個障礙,甚至超越了柯伊伯帶!

上圖中的天體就是一個非常特殊的例外,因此不是每一個被探測到的奧爾特雲的天體都會變成彗星。上圖是非常著名的小行星:塞德娜(Sedna)。是由哈勃太空望遠鏡拍攝到的。

它跟大多數奧爾特雲天體,也就是我們之前見過的彗星不一樣,塞德娜的體積非常大,直徑約有1000公里,質量估計約有10^21公斤,是一般彗星質量的一百萬倍。我們發現這個天體是因為科學家在尋找海王星以外的天體,只是在2003年碰巧發現這個比當時任何太陽系天體都要遠的小行星。

賽德娜的軌道周期長達11000年,這表明它的起源遠遠超過了海王星以內的太陽系,甚至超越了柯伊伯帶。而且它的軌道也未與柯伊伯帶有任何交集,永遠不會與海王星的引力發生交互作用。因為一切都表明,這顆小行星的起源來自奧爾特雲,這是迄今為止第一個被探測到的奧爾特雲非彗星天體。

但它不是最後一個,也不是唯一一個!

2014年宣布發現的2012 VP113,是太陽系中已知近日點最遙遠的天體,近日點距離為地球-太陽距離的80倍,遠日點距離超過440 AU。

它與賽德娜和其他三個天體(2004 XR190、2010 GB174和2004 VN112)與所有柯伊伯帶中的天體相比,有不同的顏色、組成和軌道性質,表明它們有共同的和不同的起源。2012VP113是目前距離太陽最遠的行星,但2010GB174很快就會超過它,並朝著與太陽的最大距離673 AU前進!

但是塞德娜是已知的最大的奧爾特雲天體,而且很可能(目前不確定)處於流體靜力學平衡狀態,這意味著如果它是的話,它將成為柯伊伯帶之外的第一顆矮行星。

也許更重要的是,賽德娜總有一天會超越所有其他已知的奧爾特雲天體,到達離太陽936AU的最遠距離,也就是距離太陽1.5%光年。所以,以上就是太陽系中最遙遠的天體。

要知道奧爾特雲可能還會為我們帶來更多的驚喜,因為我們才剛開始了解它!


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