文/葉楠

海王星外天體——矮行星及矮行星候選體

海王星外天體是指太陽(yáng)系中軌道平均半徑比海王星軌道半長(zhǎng)徑（約30 天文單位）更長(zhǎng)的天體，包括柯伊伯帶天體，以及更加遙遠(yuǎn)的離散盤(pán)天體和類(lèi)賽德娜天體等等。

柯伊伯帶與小行星帶類(lèi)似，包含有大量巖石和金屬質(zhì)地的小天體?？乱敛畮祗w分布在距離太陽(yáng)30～50天文單位半徑處，寬度大約是小行星帶的20 倍，其中包含天體的總質(zhì)量甚至可以達(dá)到小行星帶的百倍以上。

人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一顆海王星外天體是冥王星。后續(xù)更多的發(fā)現(xiàn)不斷改寫(xiě)著人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)系的認(rèn)識(shí)：大行星的定義被更新；新的行星類(lèi)別得以誕生；太陽(yáng)系的邊界也逐漸向外拓展。

阿爾比恩

阿爾比恩是大不列顛島的古稱(chēng)，也是英國(guó)作家威廉·布萊克所著神話中的一位巨人。2018 年，臨時(shí)編號(hào)為1992 QB1 的小行星以阿爾比恩命名，雖然同名，但它的個(gè)頭在太陽(yáng)系中并不起眼，直徑108～167 千米，僅為冥王星直徑的1/14。它的軌道半徑為41～47 天文單位，周期291 年。阿爾比恩的發(fā)現(xiàn)拉開(kāi)了天文學(xué)家對(duì)柯伊伯帶天體探測(cè)的帷幕，時(shí)至今日，人類(lèi)已經(jīng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的柯伊伯帶天體數(shù)量超過(guò)了2000 顆，預(yù)計(jì)柯伊伯帶天體總數(shù)至少有數(shù)百萬(wàn)顆。圖為歐南臺(tái)拍攝的阿爾比恩照片。

鬩神星

在柯伊伯帶內(nèi)有這樣一顆天體，它的質(zhì)量比冥王星還要重27%，在發(fā)現(xiàn)之初甚至被稱(chēng)為“第十大行星”，它就是鬩神星。鬩神星雖然比冥王星質(zhì)量更大，但它的直徑是2326 千米，比直徑為2377 千米的冥王星還小了一點(diǎn)點(diǎn)。2005 年1 月，3 名美國(guó)天文學(xué)家在處理2003 年10 月21 日拍攝的照片中發(fā)現(xiàn)了這顆天體，臨時(shí)編號(hào)為2003 UB313。2006 年，國(guó)際小行星組織以希臘神話中的女禍神厄里斯的名字命名，中文名鬩神星。鬩神星的軌道非常狹長(zhǎng)，近日點(diǎn)37.77 天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)97.56 天文單位，公轉(zhuǎn)周期559 年。2005 年，夏威夷凱克望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了鬩神星的衛(wèi)星鬩衛(wèi)一。

鳥(niǎo)神星

2005 年7 月19 日，與鬩神星同時(shí)公布的還有鳥(niǎo)神星，它的亮度達(dá)到了16.7 等，是柯伊伯帶中僅次于冥王星的天體。當(dāng)湯博于1930 年在雙子座天區(qū)發(fā)現(xiàn)冥王星的時(shí)候，鳥(niǎo)神星正好位于距離雙子座不遠(yuǎn)的金牛座和御夫座交界處。但遺憾的是湯博并沒(méi)有將望遠(yuǎn)鏡指向這個(gè)方向，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為新行星一般都位于黃道附近，而鳥(niǎo)神星的軌道傾角卻高達(dá)29 度。直到2005 年的復(fù)活節(jié)后，這顆臨時(shí)編號(hào)為2005 FY9的新天體才被發(fā)現(xiàn)。2008年，國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)以復(fù)活節(jié)島拉帕努伊族原住民神話中的創(chuàng)造之神的名字來(lái)命名，即鳥(niǎo)神星。鳥(niǎo)神星的直徑約1430 千米，質(zhì)量約是冥王星的3/4，近日點(diǎn)38.5 天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)53.1天文單位，公轉(zhuǎn)周期約310 年。

妊神星

妊神星的發(fā)現(xiàn)其實(shí)比鳥(niǎo)神星還要更早一些，不過(guò)對(duì)外公布這一發(fā)現(xiàn)卻比鬩神星和鳥(niǎo)神星晚了兩天。妊神星的臨時(shí)編號(hào)為2003 EL61，以夏威夷神話中的生育之神的名字來(lái)命名。在所有已知的矮行星中，妊神星是長(zhǎng)相最為怪異的一個(gè)，根據(jù)光變曲線推測(cè)，妊神星呈橢球形，它的長(zhǎng)軸達(dá)到1960千米，而短軸只有996 千米。妊神星的質(zhì)量約是冥王星的1/3，近日點(diǎn)34.7天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)51.5 天文單位，公轉(zhuǎn)周期約283 年。在妊神星發(fā)現(xiàn)的同時(shí)，天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了它的兩顆衛(wèi)星，較大的妊衛(wèi)一直徑約310 千米，位于妊神星外側(cè)，每49 天公轉(zhuǎn)一周；妊衛(wèi)二直徑約170 千米，公轉(zhuǎn)周期為18 天。

矮行星

隨著越來(lái)越多柯伊伯帶天體的發(fā)現(xiàn)，關(guān)于太陽(yáng)系大行星的定義亟需改進(jìn)。2006 年8 月，國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)在關(guān)于行星的決議中提出了矮行星這一新的分類(lèi)。滿足以下四個(gè)條件的天體稱(chēng)之為矮行星：軌道環(huán)繞太陽(yáng)；質(zhì)量大到滿足流體靜力學(xué)平衡的狀態(tài)；未能清楚軌道附近的小天體；不是一顆衛(wèi)星。會(huì)議同時(shí)確認(rèn)了谷神星、冥王星、鳥(niǎo)神星、妊神星和鬩神星分類(lèi)為矮行星，其中除了谷神星位于小行星帶外，其余天體都位于柯伊伯帶中。據(jù)估計(jì)，在柯伊伯帶中可能擁有200 顆以上的矮行星候選者。而整個(gè)海王星外天體中隱藏的矮行星數(shù)量可能更多。圖為部分已知海王星外天體與地球大小對(duì)比示意圖。

共工星

共工星發(fā)現(xiàn)于2007 年，直徑約1500 千米，體積比鳥(niǎo)神星和妊神星稍大，是已知海王星外天體中僅次于冥王星和鬩神星的第三大天體。這顆天體顏色偏紅，根據(jù)光譜分析發(fā)現(xiàn)在其表面應(yīng)該擁有水冰和甲烷。2019 年5月，發(fā)現(xiàn)這顆天體的加州理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用網(wǎng)絡(luò)投票，最終以中國(guó)神話中的水神“共工”命名，其衛(wèi)星共衛(wèi)一則以共工的臣屬之一“相柳”的名字命名。共工星現(xiàn)在距離太陽(yáng)約87.5 天文單位，是目前距離太陽(yáng)第三遠(yuǎn)的太陽(yáng)系已知天體，僅次于V774104和鬩神星。如果共工星早發(fā)現(xiàn)兩年，現(xiàn)在的矮行星名單里必定有它的名字。圖為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡分別在兩個(gè)時(shí)間拍攝的照片對(duì)比，可以看到相柳的位置變化。

冥衛(wèi)一

冥衛(wèi)一也稱(chēng)卡戎，它不是一顆衛(wèi)星嗎？為何也會(huì)出現(xiàn)在矮行星候選體的行列之中呢？卡戎雖然是冥王星的衛(wèi)星，但它與冥王星組成的系統(tǒng)重心卻在冥王星之外。關(guān)于它與冥王星是平等的雙星關(guān)系，還是附屬的衛(wèi)星關(guān)系，一直以來(lái)都沒(méi)有精確的定義予以區(qū)別，這也是爭(zhēng)議的主要來(lái)源。卡戎的直徑達(dá)到了1200 千米，是海王星外天體中第六大的，僅次于冥王星、鬩神星、妊神星、鳥(niǎo)神星和共工星。除了衛(wèi)星這一條之外，關(guān)于矮行星的其他要求卡戎都滿足。圖為新視野號(hào)探測(cè)器拍攝的卡戎。

創(chuàng)神星

以美洲原住民通格瓦族神話中的創(chuàng)世之神的名字來(lái)命名的創(chuàng)神星于2002 年 被 發(fā) 現(xiàn)，2004 年 估 計(jì)其直徑是1260 千米，但斯皮策望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)表明它擁有更高的反照率，所以直徑應(yīng)該更小，只有約850 千米。而根據(jù)矮行星的定義，要滿足流體靜力學(xué)平衡狀態(tài)直徑至少需要達(dá)到800 千米，再除去表面200～400 千米的冰層，創(chuàng)神星本身可能并不滿足這一點(diǎn)。于是2006年創(chuàng)神星沒(méi)有入圍第一批公布的矮行星名單?，F(xiàn)在創(chuàng)神星最新的直徑數(shù)據(jù)是1110 千米，隨著更多觀測(cè)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，未來(lái)創(chuàng)神星入圍矮行星行列是有希望的。

賽德娜

賽德娜是因努特神話中海洋女神的名字。這顆名為賽德娜的天體于2003 年被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)它位于距離太陽(yáng)89.6 天文單位處，是當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)系內(nèi)天體。賽德娜的軌道離心率非常大，近日點(diǎn)76 天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)937 天文單位，公轉(zhuǎn)周期高達(dá)11400 年。關(guān)于它的起源天文學(xué)家有著各種各樣的猜想，有人認(rèn)為它是一顆奧爾特云天體，也有人認(rèn)為它來(lái)自于太陽(yáng)系以外。而賽德娜、鬩神星、妊神星和鳥(niǎo)神星等天體的發(fā)現(xiàn)者天文學(xué)家邁克爾·布朗認(rèn)為賽德娜是已知海王星外天體中最重要的一顆，它特殊的軌道有助于揭開(kāi)太陽(yáng)系的起源和演化之謎。

亡神星

亡神星是一顆柯伊伯帶天體，發(fā)現(xiàn)于2004 年。它是一顆典型的類(lèi)冥王星天體，與海王星有著2:3 軌道共振關(guān)系，軌道形狀也與冥王星相近，只是傾角方向不同。由于亡神星與冥王星都與海王星有著共振關(guān)系，所以亡神星總在與冥王星相對(duì)的軌道位置上（如圖，右下角白點(diǎn)為海王星，白色線條為冥王星相對(duì)海王星軌道，紅色為亡神星相對(duì)海王星軌道）。亡神星的名字來(lái)源于古羅馬伊特魯利亞神話中的亡者之神奧伽斯。亡神星的直徑約為950 千 米，它還擁有一顆直徑為220 千米的衛(wèi)星亡衛(wèi)一，以神話中引導(dǎo)亡靈的女神萬(wàn)斯的名字命名，它以近乎完美圓形的軌道圍繞亡神星運(yùn)行，周期約為10 天。

未來(lái)隨著更多觀測(cè)數(shù)據(jù)的確認(rèn)，這些天體中有些會(huì)被確認(rèn)成為矮行星，有些則繼續(xù)它的小行星身份。無(wú)論結(jié)果如何，都說(shuō)明人類(lèi)對(duì)它們有了更加客觀、清晰的認(rèn)識(shí)。海王星外天體，尤其是柯伊伯帶內(nèi)包含有大量小天體，它們都是太陽(yáng)系早期未能成功形成行星的碎片。關(guān)于柯伊伯帶的結(jié)構(gòu)和起源仍不明確，需要更多的觀測(cè)和研究。有天文學(xué)家利用電腦模擬顯示柯伊伯帶受到木星等大行星的引力影響，尤其是海王星對(duì)柯伊伯帶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大的作用。海王星的存在使得某些柯伊伯帶天體的軌道并不穩(wěn)定，有的被拽進(jìn)了太陽(yáng)系內(nèi)側(cè)，有的則被拋向了更遙遠(yuǎn)的地方。2017 年落成的泛星計(jì)劃望遠(yuǎn)鏡將幫助我們發(fā)現(xiàn)更多海王星外天體，為人類(lèi)解開(kāi)太陽(yáng)系演化之謎提供更多的信息。