双星砾石

带卫星的冰岩是解开冥王星之谜的关键吗？

图片：¿ 马克·A·加里克/ www.space-art.co.uk

发现：在柯伊伯带，海王星轨道之外，发现了数对冰冷的天体。这些双星可能有助于天文学家理解冥王星及其相对较大的卫星卡戎。

柯伊伯带是太阳系行星形成时期遗留下来的砾石堆，大约形成于45亿年前。它由一圈古老的天体组成，环绕太阳，位于海王星和冥王星轨道之间，并可能延伸到更远的地方。这个环绕太阳的环带与小行星带有些相似。然而，它的居民，被称为柯伊伯带天体 (KBOs)，由岩石和冰组成，而不是小行星的岩石和金属成分。

自1992年首次观测到柯伊伯带天体以来，几乎每周都有新的发现，记录在案的数量不断增长，至今已超过560个。每一项新的发现似乎都带来更多的惊喜和谜团。研究人员不断更新他们对柯伊伯带天体轨道分布的看法，以及天体的成分、颜色和大小。

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最令人惊讶的公告之一是在2001年发布的，当时天文学家报告说，他们发现的柯伊伯带天体不止一个，而是几个与众不同的。与早期发现的天体不同，这些柯伊伯带天体有伴星围绕它们运行。它们是双星，是带卫星的冰岩。这些发现可能不仅仅是过眼云烟——它们可能有助于揭示冥王星及其卫星卡戎的本质，这两个天体尚未被航天器访问过。（有关冥王星的更多信息，请参阅 S. Alan Stern 撰写的《前往最遥远的行星》，《大众科学》，2002年5月。）

成对的世界

柯伊伯带天体普查

几位研究人员声称，柯伊伯带可能有一个明显的边缘，位于冥王星轨道距太阳最远点的附近。加州理工学院的迈克·布朗在2001年6月10日发表于《天体物理学杂志》的一篇论文中指出，大多数柯伊伯带天体都位于冥王星距太阳最远点的内侧。

最近，布朗声称，经典的柯伊伯带天体实际上可能代表着两个截然不同的天体群。其中一个群体位于太阳系平面内，起源于太阳系的形成。第二个群体分布更广泛，并且是最近通过与外层巨行星天王星和海王星的动力相互作用形成的。实际上，我们看到的可能是两个叠加的柯伊伯带。——M.A.G.

第一个也是最确定的关于双星的报告出现在2001年4月，此前 Christian Veillet 和 Alain Doressoundiram 进行了观测，并在《国际天文联合会公报》7610期中进行了描述。使用加拿大-法国-夏威夷望远镜获得的名为 1998 WW₃₁ 的柯伊伯带天体的图像清楚地显示了两个天体，它们之间相隔约 40,000 公里。将他们的图像与早期获得的图像进行比较，证实了这次观测既不是单个柯伊伯带天体与恒星之间的偶然对齐，也不是两个独立的柯伊伯带天体之间的对齐。“WW₃₁ 毫无疑问是一个双星，”维耶勒说道。

在2002年4月18日出版的《自然》杂志上，维耶勒和他的同事宣布了有关该双星的高度偏心和长周期轨道的新的细节。“发现 1998 WW₃₁ 具有如此高的偏心率，这真是令人惊讶，”维耶勒说道，他提醒说，现在对这种轨道是如何形成的做出判断还为时过早。

2001年10月15日，麻省理工学院的詹姆斯·艾略特报告了另一个潜在的双星。这个双星，2001 QT₂₉₇，结合得更紧密，两个组成部分之间仅相隔 18,000 公里。不到一个月后，麦克马斯特大学的 J. J. Kavelaars 又增加了一对候选双星：2001 QW₃₂₂，它们之间相隔约 120,000 公里，每个直径约 200 公里。这些发现分别在《国际天文联合会公报》7733期和7749期中进行了报道。现在还有另外四个，总共有七个：TC₃₆（IAU 7787）、SM₁₆₅（IAU 7807）、CQ₂₉（IAU 7824）和 CF₁₀₅（IAU 7857）。维耶勒指出，这些仅占所有已知柯伊伯带天体的 1%。

不太可能的配对？

“所有这些双星令人惊讶的地方在于它们竟然存在，”Kavalaars 说。柯伊伯带人口稀少，因为随着时间的推移，海王星的引力拖拽将许多柯伊伯带天体完全抛射出去柯伊伯带。“不知何故，这些双星在与海王星的大能量遭遇中幸存了下来，这些遭遇激发或引力扰动了柯伊伯带的其余部分，以及使每个系统进入略微非圆形轨道的遭遇。”

图片：由 NASA 和太空望远镜科学研究所提供。

合成图像，由哈勃太空望远镜进行的六次独立观测构成，显示了一对名为 WW₃₁ 的柯伊伯带天体中的一个（六个模糊的光点）相对于另一个（大的光点）的位置。这两个天体围绕一个共同的引力中心旋转。

此外，为了形成双星，两个独立的柯伊伯带天体必须足够接近，以便彼此施加强大的潮汐力。这种相互作用消耗的能量会减缓这两个天体的速度，以至于它们不再拥有彼此逃逸所需的能量，从而成为双星柯伊伯带天体。考虑到柯伊伯带如此人口稀少，这种情况是如何发生的，完全是一个谜。而且，未来可能还会有更多的惊喜。Kavalaars 指出，许多已经发现的柯伊伯带天体可能是双星，但由于我们的望远镜有限，我们目前还无法分辨它们之间的距离。

除了迫使人们再次重新思考柯伊伯带的动力学之外，这些新发现可能会再次引发关于冥王星行星地位的辩论双方团队的新一轮争论。“不久前，讨论开始将冥王星称为大型星子——换句话说，就是一个柯伊伯带天体——但人们认为冥王星有一颗卫星，因此应该被视为一颗行星，”Kavalaars 说。“事实是，冥王星看起来像一个柯伊伯带天体，行为也像一个柯伊伯带天体，现在我们看到柯伊伯带天体也有卫星。所以我看不出我们为什么不能开始称冥王星为已知最大的柯伊伯带天体。”