太陽系最遙遠的邊疆:柯伊伯帶和奧爾特雲

讀過劉慈欣作品《三體》的都知道,作品中反覆提到一個詞彙“奧爾特星雲”,比如下面這段:

常偉思翻開了面前的文件,“……為了適應這種情況,總部修改了研究規劃,把原來單一的太空戰爭理論研究分成獨立的三部分,以適應未來人類世界可能達到的各種技術層次,它們分別是:低技術戰略、中技術戰略和高技術戰略。

……

“中技術戰略層次:飛船的速度達到第三宇宙速度的300 倍左右,即4800 公里/秒,飛船具有部分生態循環能力。在這種情況下,飛船的作戰半徑將擴展至柯伊伯帶以外,距太陽1000 個天文單位以內的空間。

“高技術戰略層次:飛船的速度達到第三宇宙速度的1000 倍左右,即16000 公里/秒,也就是光速的百分之五;飛船具有完全生態循環能力。在這種情況下,飛船的作戰航行範圍將擴展至奧爾特星雲,初步具備恆星際航行能力。

作者將柯伊伯帶和奧爾特雲作為劃分戰略層次的一個邊界,可見這兩個名詞的重要性。那麼什麼是柯伊伯帶和奧爾特雲?我們來了解一下吧。

為了讓大家有個直觀印象,先看下面這幅示意圖。

太陽系最遙遠的邊疆:柯伊伯帶和奧爾特雲

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看了這幅圖,你有什麼感想?眼尖的你肯定發現了圖中的旅行者1號飛行器,這個由美國宇航局的無人外太陽系空間探測器,於1977年9月5日發射,在太空已經飛行了將近41年了,但是也就剛飛出日球層頂,還沒有正式接觸到奧爾特雲,以目前每天大約160萬公里的速度,美國宇航局的旅行者1號宇宙飛船將在大約300年後到達奧爾特雲,而到達其外側邊界大約需要3萬年。

柯伊伯帶

太陽系最遙遠的邊疆:柯伊伯帶和奧爾特雲

1951年,美國天文學家柯伊伯提出了這樣的解釋:在距離太陽30天文單位(海王星離太陽30天文單位,一個天文單位為太陽到地球的距離)到100天文單位之間,有許多圍繞太陽運行的塵埃冰凍體,這些物體的軌道面與行星相似(所以只能稱為“帶”)。但偶爾有些物體受到外行星或者恆星的引力擾動,脫離原來軌道而飛向太陽,並在越過內層海王星的軌道時,進一步受海王星重力的影響,成為進入到太陽系內層的彗星。30到100天文單位之間的地帶就是這些公轉週期較短的彗星的故鄉,它源源不斷地送出了它的遊子。從此這一區域就被稱為柯伊伯帶,冥王星的扁而傾斜的軌道也插入了這一地帶。這一解釋最終也被觀測證實。

奧爾特雲

太陽系最遙遠的邊疆:柯伊伯帶和奧爾特雲

奧爾特雲示意圖

1950年,荷蘭天文學家簡·亨德里克·奧爾特指出,一些進入太陽系的彗星來自於冰雲,它們距離太陽的距離可能是地球的10萬倍(10萬天文單位),也就是15萬億公里,這片冰雲區域也被以奧爾特的名字命名。

這個厚厚的冰碎片球層,可能由數千億甚至幾萬億的由氨、甲烷和水構成的冰體組成,這些天體形成於太陽系的初期,是星雲早期生命的原始狀態,這意味著這些彗星提供了對早期地球演化環境的瞭解。當重力將其他塵埃和冰聚集成更大的天體時,奧爾特雲中的冰體卻經歷了不同的結果:來自其他行星的引力(主要是像木星這樣的氣態巨行星)把它們甩到了外太陽系,它們就留在那裡。

太陽系最遙遠的邊疆:柯伊伯帶和奧爾特雲

海爾波普彗星從奧爾特雲進入地球附近,然後再次返回遙遠的故鄉

當然,時不時的會有一些冰體侵入內太陽系,形成所謂的“長周期彗星”(運行週期大約數千年甚至數萬年,而短周期彗星一般由柯伊伯帶產生,運行週期大約數百年)。當百武(Hyakutake)彗星在1996年從距地球1500萬公里的地方經過時,它已經完成了從奧爾特雲的遙遠區域出發的大約17000年的旅程。海爾波普彗星(Hale-Bopp)是另一顆從奧爾特雲進入的長周期彗星,在近一年半的時間裡,它在距離地球1.97億公里的範圍內飛過。這兩個奧爾特雲物體經過太陽系後,其軌道發生了巨大的變化。哈雷彗星(Halley)也被認為最初來自奧爾特雲,儘管它現在是柯伊伯帶的天體。

但遺憾的是,奧爾特雲對目前的望遠鏡來說仍然太遙遠了,所以它還沒有被直接看到或發現過

結語

宇宙真的太浩渺了,人類對外探索的越多,就越發現宇宙的神奇。以前我們以為太陽系行星邊疆也就是太陽系的邊疆,但是後來發現了柯伊伯帶,再後來發現了日球層,一旦奧爾特雲的理論坐實,那麼太陽系的邊疆將擴展到15萬億公里外。試想一顆恆星的控制範圍就如此遙遠,那整個宇宙呢?

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