奧爾特雲——彗星之家

奧爾特雲——彗星之家

在茫茫宇宙之中, 太陽系是我們的家園, 是我們探索宇宙奧秘的第一站, 也是整個宇宙中我們最熟悉的部分。 如果說在太陽系中還有一個隱秘的部分, 它包含了數以萬億計的天體, 其主體部分卻不僅從未被觀測到過, 甚至在可預見得到的將來都很難被直接觀測到, 這似乎有些令人難以置信。

但這卻很可能是事實, 那個隱秘的部分叫做奧爾特雲。

有讀者也許會問: 既然是隱秘的部分, 我們是怎麼知道它存在的呢? 答案是: 依靠推測。 不過, 在推測的背後有一條觀測上的線索, 那就是彗星。

天文學家們把彗星分為兩類: 軌道週期在兩百年以下的稱為短週期彗星, 軌道週期在兩百年以上的稱為長週期彗星。 長週期彗星的軌道往往能延伸到離太陽幾萬甚至十幾萬天文單位處。 1950 年, 荷蘭天文學家奧爾特在對幾百顆長週期彗星的軌道進行分析之後, 提出了一個大膽的設想。 他認為在距太陽幾萬至十幾萬天文單位處存在大量的小天體, 它們是長週期彗星的源泉, 它們若碰巧進入內太陽系, 就會成為長週期彗星。

由那些小天體構成的就是奧爾特雲。 由於那些小天體是長週期彗星的源泉, 因此奧爾特雲就像是一個裝滿彗星的 “大倉庫”。

那麼, “大倉庫” 裡究竟有多少小天體呢? 據估計約有幾萬億個。 不過, 這個巨大的數字與奧爾特雲所佔據的廣袤空間相比, 仍少得可憐。 如果有航天器穿越它的話, 很可能不會有機會接近任何一個小天體。 遠離太陽造成的寒冷和暗淡, 使得奧爾特雲的主體部分極難被直接觀測到。

但個別奧爾特雲天體仍有可能運動到離我們較近的地方, 從而被觀測到。 長週期彗星本身就是很好的例子。 已被觀測到的某些其它天體也有可能是屬於奧爾特雲的。 比如 2003 年發現的, 遠日點距離九百多天文單位 (比海王星距太陽還遠三十多倍) 的賽德娜, 就被認為有可能是屬於奧爾特雲——確切地說是屬於後續研究者提出的所謂內奧爾特雲——的。 甚至連很多人肉眼都看到過的天體——哈雷彗星——也被認為有可能曾經是一顆長週期彗星 (即來自奧爾特雲), 後來因為巨行星的引力干擾才成為短週期彗星的。

太陽系的邊界在哪裡?

“太陽系的邊界在哪裡?” 是一個既值得探索, 也值得回味的問題。 它之成為問題, 本身就是天文學上的一次重大觀念變革——日心說取代地心說——的結果。 因為只有確立了日心說, 才有太陽系這一稱謂, 也才談得上 “太陽系的邊界在哪裡?” 這一問題。

如果簡單地以 1543 年哥白尼發表《天體運行論》作為日心說被確立的年份, 那麼 “太陽系的邊界在哪裡?” 這一問題最初 238 年的答案, 是在距太陽約 9.6 天文單位 (約 14 億千米) 的土星。 這一答案在 1781 年被英國天文學家赫歇耳發現的太陽系第七顆行星——天王星——所改變。 那一年, 太陽系的邊界被擴展到了距太陽約 19 天文單位 (約 29 億千米) 處。

天王星被發現後, 天文學家們對它的軌道進行了計算。 出乎意料的是, 計算結果與觀測並不吻合。 在排除了其它可能性之後, 天文學家們將這一惱人的現象歸結為一顆新行星對天王星的引力干擾。 經過艱辛的計算, 英國天文學家亞當斯和法國天文學家勒維耶先後推算出了新行星的軌道。 1846 年, 柏林天文臺的天文學家伽勒和達雷斯特依據勒維耶的推算結果, 成功地發現了太陽系的第八顆行星——海王星, 太陽系的邊界由此擴展到了距太陽約 30 天文單位 (約 45 億千米) 處。

在那之後又隔了大半個世紀, 1930 年, 美國羅威爾天文臺的天文學家湯博發現了一顆比海王星更遙遠的太陽系天體——冥王星。 這顆一度被視為太陽系第九大行星, 2006 年才被 “降級” 為矮行星的天體, 將太陽系的邊界擴展到了距太陽約 39 天文單位 (約 59 億千米) 處。 對於如今比較年長的天文愛好者來說, 這很可能是自童年起就爛熟於心的太陽系的邊界。

但冥王星的發現並未終結探索太陽系邊界的努力。 20 世紀 40 年代之後, 幾位天文學家先後提出了一個想法, 那就是在像冥王星那樣遠離太陽的地方, 行星的形成過程會因物質分佈過於稀疏而無法進行到底, 其結果是在距太陽約 30-55 天文單位 (約 45-83 億千米) 處形成一個由 “半成品” 組成的小天體帶。 這個小天體帶被稱為柯伊伯帶。 自 1992 年起, 柯伊伯帶中的天體開始被陸續發現, 它們的分佈範圍比原先估計的更廣。 柯伊伯帶的發現使太陽系的邊界又向外擴展了好幾倍。

但這仍然不是太陽系的邊界。 因為天文學家們普遍猜測, 在距太陽更遙遠的地方有可能存在一個長週期彗星的 “大倉庫”——奧爾特雲, 它的範圍有可能延伸到距太陽約 150,000 天文單位 (約 225,000 億千米) 處。 這幾乎已經到達了太陽引力控制範圍的最邊緣, 在那之外即便還有天體, 也不會象普通太陽系天體那樣圍繞太陽運動, 從而不能再被視為是太陽系的一部分了。 因此, 奧爾特雲如果存在, 並具有猜測中的範圍的話, 它的外邊緣無疑就是太陽系的邊界了。 那個邊界離太陽是如此遙遠, 哪怕一縷陽光要從太陽射到那裡, 也得走上兩年左右的時間。 如果乘坐時速 350 公里的高速火車的話, 則要花費約 700 萬年的漫長時間!

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