太阳系柯伊伯带似乎比我们原以为的要大得多。
早在2017年，美国宇航局的宣传图显示，新视野号预计在2020年左右到达柯伊伯带的外缘。然而，这并未实现
在太阳系外围、位于冰巨星海王星之外，有一个由彗星和矮行星组成的环形带，被命名为柯伊伯带。在这些柯伊伯带天体中，距离我们最近的也在数十亿千米之外。然而，柯伊伯带总该有一个外部边界，对吧？
此前，人们一直认为，在距离太阳48天文单位（1天文单位略超过1.5亿千米）之外的地方什么也没有。那里看起来几乎空无一物。但当美国宇航局的新视野号团队探测到潜伏在距离太阳60至80天文单位之间的11个新天体后，这一认知发生了改变。原本被认为是空无一物的空间实际上是柯伊伯带天体第一环与新发现的第二环之间的空隙。到目前为止，人们一直认为，相较于系外行星系统，太阳系是异常狭小的，但它显然比人们想象的更加辽阔。
虽然这些天体目前只能以光点形式可见，而新视野号研究员韦斯利· 弗雷泽（Wesley Fraser）也在等待飞船靠近以排除误差，但这些天体的存在可能揭示的关于柯伊伯带及太阳系起源的秘密，值得期待。
活在边缘
这些新天体的极远距离使它们自成一类。由于它们非常暗弱，尚不清楚它们在形态和成分上是否与其他柯伊伯带天体相似。随着新视野号逐渐接近这些天体，它的远程侦察成像仪（LORRI）望远镜和日本昴星团望远镜正在同时进行观测，这可能会揭示它们的成分是否属于相同类别。
“我们使用昴星团望远镜是因为它的超广视场摄像头拥有非常宽广的视野。”弗雷泽说，“这个摄像头可以快速进行深度和广角观测，我们还通过LORRI的视野，沿着轨迹寻找附近的天体。”
这些天体位于太阳系的日球层边缘，那里是太阳系向星际空间过渡的区域。日球层由带电粒子流外流（即太阳风）形成，它在太阳系周围形成一个气泡；结合太阳的磁场，日球层保护我们免受外部宇宙辐射的伤害。
这些新天体位于太阳磁场强度开始衰减的地方。它们的轨道甚至可能足够远，偶尔会把它们带出日球层，置身于来自星际介质的强烈宇宙辐射的冲击之中。这种辐射，再加上它们暴露于太阳风中，可能会影响它们的成分，使其与距离较近的柯伊伯带天体有所不同。
尽管目前无法近距离了解这些天体的确切情况，但我们该如何想象它们呢？弗雷泽有一个想法。
“如果让我猜测，我认为它们可能是暗红色的，表面没有水冰，这在柯伊伯带天体中是很常见的，”他说，“我认为这些天体看起来会像矮行星赛德娜，但它们可能看起来更不寻常。”
许多柯伊伯带天体呈深红色，这是因为它们的有机化合物暴露在宇宙辐射下。辐射破坏了这些化合物中的氢键，将大量氢释放到太空中，留下的则是无固定形态的有机沉积物。随着时间的推移，这些沉淀物因持续受辐射而变得越来越红。
弗雷泽还预测，这些新天体缺乏表面水冰，因为距离较远的柯伊伯带天体（虽然没有这些新发现的天体那么远）在观测上并未显示出水冰的迹象。水冰在柯伊伯带中很常见，他认为这些新天体的红色外壳之下可能隐藏着水冰。
走出黑暗
对这类天体的研究可能会改变人们对太阳系起源的认知，以及它与已观测到的系外行星系统的对比。我们的太阳系是“正常”的吗？
由于柯伊伯带被认为仅延伸至距离太阳约48天文单位的地方，而在系外行星系统中，距离恒星约150天文单位远的地方仍有天体存在。因此与系外行星系统相比，太阳系曾经显得很小。在距离太阳远达80天文单位处探测到天体后，太阳系的尺寸显得更加“正常”。这似乎也表明，由于太阳系比我们之前想象的要大，它也是在一个更大的星云中形成的。
“太阳系形成的时间线是我们必须要搞清楚的，而研究柯伊伯带为确定最早的时刻——气体和尘埃开始坍缩成宏观天体——奠定了基础。”新视野号研究员马克 · 布伊（Marc Buie）说道。布伊发现了小行星“天涯海角”，并领导了最近发表在《行星科学杂志》（The Planetary Science Journal）上的另一项研究。
“天涯海角”本身改变了人们对行星形成的看法，因为它的两个瓣似乎是轻轻地粘在一起的，而不是像一些理论假设的那样在剧烈碰撞中形成的。在此前后，人们从未发现过类似的天体。
尘归尘
新视野号团队还在密切关注另一个潜在的问题，即这些新天体是不是二体系统。
大约10%至15%的已知柯伊伯带天体都在二体系统中绕着伴星运行，而弗雷泽认为，二体系统可以揭示行星胚胎形成的许多问题。行星胚胎是在年轻恒星系统中通过天体间的温和并合后粘在一起形成的固态天体。其中一些天体可能会因引力作用而相互束缚，形成二体系统。
随着新视野号越走越远，它的尘埃计数器传回了尘埃撞击它时的速度和质量数据。这些信息显示，它周围的尘埃量并没有减少，而这些尘埃来自天体之间的相互碰撞。
“我们发现，随着我们走得越来越远，太阳系的尘埃越来越多，这与我们在那个距离上预期的情况完全相反，”新视野号首席研究员艾伦 · 斯特恩（Alan Stern）说，“那片区域可能有大量天体在碰撞。”
美国宇航局此前曾决定，新视野号不太可能像飞掠“天涯海角”那样再次飞掠另一个柯伊伯带天体，因此任务的重点转向了日球层。但现在，随着新视野号团队借助昴星团望远镜发现了这些意想不到的遥远天体，而且随着航天器越飞越远，尘埃也不断被探测到，也许有机会进行另一次飞掠。斯特恩对此仍保持谨慎态度。
“我们将看看这些天体与更近的柯伊伯带天体相比如何，但如果我们能找到一个可以接近的天体，我们将有机会真正比较它们的地质特征和形成模式，”斯特恩说，“但这种可能性不大，因为我们现在的燃料只剩下1/10了。”
结合使用昴星团望远镜和LORRI望远镜的优势在于，LORRI望远镜可以从侧向观测天体，或至少从一定角度经过它们进行观测。如果新视野号能够接近至少一个新的天体，这将是望远镜组合的最佳选择。如果天体位于航天器后方，那么结合不同角度的观测可以获得该天体表面的物理信息。
南希· 格雷斯 · 罗曼空间望远镜未来可能带来更多惊人的观测成果。该望远镜的镜面较小，但视野很宽。斯特恩将它比作“太空的双瞳”，它只需要对目标区域观测一两次就能在广袤的天空中搜索并可能发现天体。相比之下，詹姆斯 · 韦布空间望远镜需要进行数百次观测。而大多数其他望远镜可能需要成千上万次观测才能做到这一点。
“我们所有人最大的希望就是能找到更多飞掠目标，”布伊说道，“如果我们能让某个天体在LORRI望远镜上显示出几个像素，那将是不可思议的。”
大约一年前，美国宇航局认为再次飞掠柯伊伯带天体的可能性很小，因此他们将任务重心转向了太阳物理学（即日球层的边缘）。斯特恩试图阻止这一转变，他一直希望将重点放在柯伊伯带天体上。而美国宇航局目前的态度是“如果我们找到一个能拍摄图像的天体，我们就会这么做”。因此，我认为斯特恩的很多措辞反映了他个人的愿望——希望进行更多的飞掠任务。但我们的工作是提供准确的信息，即这样的事不太可能发生。
资料来源Ars Technica
————————
本文作者伊丽莎白·雷恩（Elizabeth Rayne）是一位“写作生物”。她的文章曾发表在space.com网站、生活科学（live science）等多家媒体或出版物上。她和她的鹦鹉一起生活在纽约市郊外。
