太空探索／部分古柏帶天體　應在原地經碰撞生成

2010/10/17   (17574)   原稿來源: http://tw.news.yahoo.com/artic

在太陽系外側寒冷陰暗的海王星軌道以外之處，聚集著眾多小天體，稱為古柏帶（Kuiper belt），然而隨著科技愈來愈精良而發現愈來愈多古柏帶天體（Kuiper belt objects，KBO）之際，卻顯示當前關於太陽系早期的理論有致命缺陷。

其中一位挑戰傳統理論的是加州理工學院的Michael Brown，他認為關於最大的KBOs是經由一系列體積幾乎相同的小天體碰撞合併而形成，他稱之為「錐形成長（pyramidal growth）」理論。

因為目前已知直徑超過2000公里以上的KBO，其密度差異很大，某些幾乎是全部是由岩石組成，密度高達每立方公分3公克；有些KBO密度很低，可能幾乎是由水冰組成，而且天體內部充滿孔隙。目前認定也是KBO之一的冥王星，其密度為每立方公分2.0公克，約介在最高與最低密度中間。

若所有KBO天體都是從原星雲的物質逐漸累積增長的，應該含有所有原星雲的成分，密度應相當平均，但這理論顯然與實際觀測結果不對盤。因此Brown提議：最大的KBO天體應該是由少數直徑約500公里以上的較大天體碰撞而成；每次碰撞都有一部份質量「黏」在一起而形成一個較大一點的天體，其餘的殘餘質量則散落太空中，每次散落的量與原來的天體大小和碰撞威力有關。

散落的物質主要是冰，意味著某些大型KBO的確是由少數較大的天體碰撞構成，碰撞次數較少，使其含冰量減少；某些則可能是從體積較小、碰撞威力較弱的小天體逐漸形成，碰撞合併次數比較多，才能讓表面的冰逐漸累積而不逸散。

維多利亞大學（University of Victoria）研究生Alex Parker研究距離太陽約60～70億公里遠的典型KBO雙星天體，其中最有名的一對就是冥王星和凱倫。由於距離太遙遠，物質累積成長的速率非常慢，傳統理論很難解釋這些天體為何得以在古柏帶中形成。

因此科學家提出所為的「尼斯理論（Nice model）」，認為這些天體應該是在比較靠近太陽的地方形成，因為在此處形成速率較快，形成後才因故被甩到海王星軌道以外的太陽系外側。尼斯理論是科學家在法國尼斯首度提出此理論而得名。

然而，Parker研究過程中還發現，約有30%是KBO雙星，且這些KBO雙星互繞週期通常都很長，大約得花上4～17年才能繞完一圈，顯示它們彼此間的重力束縛很微弱；如果它們是從太陽系內側被甩到現在的位置，一旦與海王星有任何重力交互作用，很可能就會使它們告別彼此而讓雙星瓦解。若此為真，古柏帶中這樣的KBO雙星應該所剩無幾了才對，怎麼可能雙星比例還高達30%？

這些發現，迫使理論學家必須重新思考KBO的形成方式；但如果尼斯理論不對，那麼KBO在當地形成的速度必須比傳統理論快很多。Brown和Parker的這些發現互相證明，顯示至少有一部份KBO是在古柏帶中生成，太陽系在原星雲時期的擾動可能比認為的還大，才能讓這些KBO快速成長。這些發現，還有待科學家們繼續認真審視。(文／引用自臺北天文館之網路天文館網站)