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柯伊伯帶

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柯伊伯帶（英語：Kuiper belt），又稱作倫納德-柯伊伯帶，另譯柯伊伯帶、古柏帶，是位於太陽系的海王星軌道（距離太陽約30天文單位）外側，在黃道面附近的天體密集圓盤狀區域， [1]  柯伊伯帶的假説最先由美國天文學家弗雷德裏克·倫納德提出，十幾年後傑拉德·柯伊伯證實了該觀點，柯伊伯帶類似於小行星帶，但範圍大得多，它比小行星帶寬20倍且重20至200倍。 [2] 
中文名
柯伊伯帶
外文名
Kuiper belt
別    名
艾吉沃斯-柯伊伯帶，庫柏帶，庫珀帶，古柏帶,凱伯帶 [3] 
分    類
小行星帶
發現者
傑拉德•柯伊伯
發現時間
1972年
離心率
0.1
距    離
30A.U(距離太陽)
共振距離
48A.U

目錄

  1. 1 命名由來
  2. 2 發現歷史
  1. 3 位置信息
  2. 4 結構組織
  1. 5 物理特徵
  2. 6 觀測資料

柯伊伯帶命名由來

Gerard Kuiper Gerard Kuiper
傑拉德·柯伊伯（1905.12.7―1973.12.24），荷蘭裔美國天文學家，提出在太陽系邊緣存在一個由冰物質運行的帶狀區域，為了紀念柯伊伯的發現，這個區域被命名為“柯伊伯帶”。

柯伊伯帶發現歷史

1987年，當時在麻省理工學院工作的天文學家大衞·朱維特，對於“太陽系外圍的明顯空虛”越來越疑惑， [4]  使用在亞利桑那州基特峯國家天文台和在智利托洛洛山美洲際天文台的望遠鏡，朱維特和劉麗杏以與克萊德·湯博和查爾斯·科瓦爾幾乎相同的方式進行自己的搜索，與進行比較，經過五年的搜索。
1992年8月30日，朱維特和劉麗杏宣佈“發現候選的柯伊伯帶天體”：小行星15760， [5]  半年後，他們在該區域又發現了第二個天體，(181708) 1993 FW。 [6] 
2023年8月，日本近畿大學發佈新聞公報説，該校和日本國立天文台的研究人員利用計算機模擬運算，成功再現了海王星軌道外側柯伊伯帶天體的多個特徵，模擬結果顯示太陽系外緣可能存在一顆未知的類地行星。研究成果已發表在國際學術期刊《天文學雜誌》上。 [12] 

柯伊伯帶位置信息

柯伊伯帶位於太陽系的海王星軌道（距離太陽約30天文單位）外側，在黃道面附近的天體密集圓盤狀區域。 [2] 

柯伊伯帶結構組織

以最完整的範圍，包括遠離中心最外側的區域，柯伊伯帶大約從30天文單位伸展到55天文單位。然而，一般認為主要的部分只是從39.5天文單位的2:3共振區域延展到48天文單位的1:2共振區域。柯伊伯帶非常的薄，主要集中在黃道平面上下10度的範圍內，但還是有許多天體散佈在更寬廣數倍的空間內。總之，它不像帶狀而更像花托或甜甜圈（多福餅），而且，這意味着柯伊伯帶對黃道平面有1.86度的傾斜。 [2] 
由於存在着軌道共振，海王星對柯伊伯帶的結構產生了重大的作用。在與太陽系年齡比較的時標上，海王星的引力使在某些軌道上的天體不穩定，不是將她們送入內太陽系內，就是逐入離散盤或星際空間內。這在柯伊伯帶內製造出一些與小行星帶內的柯克伍德空隙相似的空白區域。例如，在40至42天文單位的距離上，沒有天體能穩定的存在於這個區間內。無論何時，在這個區間內被觀測到的天體，都是最近才進入並且會被移出到其他的空間。 [7] 
  • 經典柯伊伯帶天體
大約在~42至~48天文單位，雖然海王星的引力影響已經是微不足道的，而且天體可以幾乎不受影響的存在着，這個區域就是所謂的傳統柯伊伯帶，並且目前觀測到的柯伊伯帶天體有三分之二在這兒。 [1]  [4] 
因為近代第一個被發現的柯伊伯帶天體是1992 QB1，因此它被當成這類天體的原型，在柯伊伯帶天體的分類上稱為QB1天體。 [7]  [5] 
統的柯伊伯帶向來是兩種不同族羣的綜合體，第一類是"dynamically cold"的族羣，比較像行星：軌道接近圓形，軌道離心率小於0.1，相對於黃道的傾角低於10度（它們的軌道平面貼近黃道面，沒有太大的傾斜）。第二類是"dynamically hot"的族羣，軌道有較大的傾斜（可以達到30度）。這兩類會有這樣的名稱主要並不是因為温度上的差異，而是以微小的氣體做比喻，當它們變熱時，會增加它們的相對速度 [5]  ，這兩種族羣不僅是軌道不同，組成也不同，冷的族羣在顏色比熱的紅，暗示它們在不同的環境形成。熱的族羣相信是在靠近木星的地區形成，然後被氣體巨星拋出。而另一方面，冷的族羣雖然也可能是海王星在向外遷徙時清掃出來的，但無論是較近或較遠，相信是在比較靠近目前所在的位置形成的。 [1] 
共振
當一個天體的軌道週期與海王星有明確的比率時（這種情況稱為平均運動共振），如它們的相對基線是適當的，它們可能被鎖定在與海王星同步的運動，以避免受到攝動而使軌道變得不穩定。如果天體在這種正確的軌道上，在實例上，如海王星每繞太陽三週它便會繞行二週，則每當它回到原來的位置時，海王星總比它多運行了半條軌道的距離，因為這時海王星在軌道上繞行了1.5圈。這就是所謂的2:3（3:2）的軌道共振，這種軌道特徵的半長軸大約是39.4天文單位，而已知的2:3共振天體，包括冥王星和他的衞星在內，已經超過200個 [8] 
以半長軸為準的軌道分類。 以半長軸為準的軌道分類。
而這個家族的成員統統歸類為冥族小天體。許多冥族小天體，包括冥王星，都會穿越過海王星的軌道，但因為共振的緣故，永遠不會與海王星碰撞， 其有一些，像是歐侉爾和伊克西翁的大小，都已經大到可以列入類冥天體的等級。 [9]  冥族小天體有高的軌道離心率，因此它們當初原本應該不是在現在的位置上，而是因為海王星的軌道遷徙被轉換到這兒的，1:2共振（每當海王星轉一圈，它才完成半圈）的軌道半長軸相當於47.7天文單位，但數量稀稀落落的這個族羣有時會被稱為twotino。較小的共振族羣還有3:4、3:5、4:7和2:5海王星也有特洛伊小行星，它們位於軌道前方和後方的L4和L5的重力穩定點上。海王星特洛伊有時被稱為與海王星1:1共振。海王星特洛伊在它們的軌道上是穩定的，但與被海王星捕獲有所不同，它們被認為是沿着軌道上形成的。 [7] 
  • 柯伊伯斷崖
1:2共振之外已知的數量非常少，看起來是個邊界，但還不能確定這是傳統柯伊伯帶外側的邊界，還是隻是一個寬闊的空隙。觀測到2:5共振的距離大約在55天文單位，被認為在傳統柯伊伯帶之外；然而，預測上在傳統柯伊伯帶與共振帶之間的大量天體尚未被觀測到。 [6] 
早期的柯伊伯帶模型認為在50天文單位之外的大天體數量應該增加二個數量級，因此，這突然的數目下降，被稱為“柯伊伯斷崖”，是完全未被預料到的，並且它的原因至今仍不清楚。伯恩斯坦和屈林（Trilling）等人發現直徑在100公里或更大的天體在50天文單位的距離上確實突然減少的證據，並不是觀測上造成的偏差。可能的解釋是在那個距離上的物質太缺乏或太分散，因此不能成長為較大的天體；或者是後續的過程摧毀了已經形成的天體。 [7] 

柯伊伯帶物理特徵

柯伊伯帶大約從30天文單位伸展到55天文單位，從39.5天文單位的2:3共振區域延展到48天文單位的1:2共振區域。柯伊伯帶非常的薄，主要集中在黃道平面上下10度的範圍內，但還是有許多天體散佈在更寬廣數倍的空間內，而且，這意味着柯伊伯帶對黃道平面有1.86度的傾斜，由於存在着軌道共振，海王星對柯伊伯帶的結構產生了重大的作用。在與太陽系年齡比較的時標上，海王星的引力使在某些軌道上的天體不穩定，不是將她們送入內太陽系內，就是逐入離散盤或星際空間內。這在柯伊伯帶內製造出一些與小行星帶內的柯克伍德空隙相似的空白區域，例如，在40至42天文單位的距離上，沒有天體能穩定的存在於這個區間內。無論何時，在這個區間內被觀測到的天體，都是最近才進入並且會被移出到其他的空間。 [7] 

柯伊伯帶觀測資料

2014年8月1日天文學家宣稱在太陽系邊緣的柯伊伯帶發現了兩個新的冰凍天體，這是他們在利用哈勃太空望遠鏡進行觀測僅兩週後就取得的發現。柯伊伯帶被認為是太陽系的盡頭所在，遍佈着直徑從幾公里到上千公里不等的冰封微行星。發現的兩個天體距離地球約64億公里，名稱是1110113Y和0720090F。 [10]  、
2006年1月19日，第一艘以探索柯伊伯帶為任務的航天器新視野號發射升空。該任務是由美國西南研究院首席研究員艾倫·斯特恩所領導的一個團隊提出。新視野號航天器已於2015年7月14日抵達了冥王星，如果條件允許，它將繼續對另外尚未確定的柯伊伯帶天體繼續研究。任何選擇的柯伊伯帶天體將是40和90公里（25至55英里）的直徑，在理想情況下是白色或灰色，與冥王星的偏紅顏色有對比。
2014年10月15日，NASA宣佈發現一些柯伊伯帶天體，可能會成為新視野號的研究目標。 [8] 
美國東部標準時2019年1月1日，新視野號在距離太陽43.4天文單位處飛掠名為“天涯海角”的柯伊伯帶小行星2014 MU69。 [11] 
柯伊伯帶 柯伊伯帶
參考資料
  • 1.    Alan Stern; Colwell, Joshua E. Collisional Erosion in the Primordial Edgeworth-Kuiper Belt and the Generation of the 30–50 AU Kuiper Gap. The Astrophysical Journal. 1997, 490 (2): 879–882.
  • 2.    Krasinsky, G. A.; Pitjeva, E. V.; Vasilyev, M. V.; Yagudina, E. I. Hidden Mass in the Asteroid Belt. Icarus. July 2002, 158 (1): 98–105.
  • 3.    美學者宣稱發現X行星  ．中時電子報[引用日期2016-03-30]
  • 4.    Jewitt, David; Luu, Jane. Discovery of the candidate Kuiper belt object 1992 QB1. Nature. 1993, 362 (6422): 730.
  • 5.    Jewitt, David; Luu, Jane. Discovery of the candidate Kuiper belt object 1992 QB1. Nature. 1993, 362 (6422): 730.
  • 6.    BS Marsden; Jewitt, D.; Marsden, B. G. 1993 FW. IAU Circ. (Minor Planet Center). 1993, 5730: 1.
  • 7.    Jean-Marc Petit, Alessandro Morbidelli, Giovanni B. Valsecchi. Large Scattered Planetesimals and the Excitation of the Small Body Belts (PDF). 1998
  • 8.    NASA’s Hubble Telescope Finds Potential Kuiper Belt Targets for New | NASA  ．NASA[引用日期2020-11-30]
  • 9.    WebCite query result  ．Ixion[引用日期2020-12-23]
  • 10.    哈勃望遠鏡發現冥王星之外冰凍新天體  ．新浪網[引用日期2014-08-04]
  • 11.    Green, Jim. New Horizons Explores the Kuiper Belt (PDF). 2017 American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting in New Orleans (Applied Physics Laboratory). 2017-12-12: 12–15
  • 12.    研究發現太陽系外緣可能存在未知類地行星  ．環球網．2023-08-29
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