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

　　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。
　　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，1.5亿公里当做是一个天文单位，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，冥王星顺理成章得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。比如说在内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。而之前被当做冥王星卫星的卡戎，现在也被当做矮行星之一，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黄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得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，新视野号终于飞跃冥王星，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
　　在飞跃冥王星之后，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，＂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，最终轻轻得碰在了一起。
　　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。