外太陽系柯伊柏帶的奇特天體——巴菲

巴菲：外太陽系異常新天體

一個由加拿大、法國和美國天文學家組成的科研小組已經在海王星軌道以外，在天文學家們稱之為柯伊伯帶的區域之中，發現了一個不同尋常的小天體。這個新天體到太陽的距離是海王星的兩倍，大小約為冥王星的一半。這個天體暫時被昵稱為巴菲，它擁有一條非常異常的軌道，很難用以前的外太陽系形成理論來解釋。

這個新天體目前距離太陽58個天文單位(1個天文單位，即1AU，等於地球到太陽的平均距離)，它與太陽的距離從來不會小於50個天文單位，因為它的軌道是接近圓形的。幾乎所有在海王星以外被發現的柯伊伯帶天體都介於30AU～50AU之間。在50AU以外，主柯伊伯帶似乎就終止了，僅有的幾個在這個距離以外被發現的天體全都處於高橢率的軌道之上。這些高橢率的軌道大都是海王星通過一種引力彈弓效應將這些天體向外「拋擲」的結果。然而，因為這個新天體從來不會運行到50AU以內，因此必須有一種不同的理論來解釋它的軌道。使問題變得更加複雜的是，這個天體的軌道還是極其傾斜的，相對於太陽系其他天體的軌道平面，它的軌道傾斜了47°。發現與追蹤這個天體在國際天文聯合會的官方通告中，被正式編號為2004 XRl90，它是在加一法黃道面巡天計劃(CFEPS)的常規觀測中被發現的，這是加一法夏威夷望遠鏡所做的Legacy巡天的一部分。到目前為止，發現者們仍然在使用臨時昵稱巴菲來稱呼這個新天體。不過，他們已經上報了另一個官方名稱，以遵循此類天體命名的常規慣例。

巴菲是從成堆的Legacy巡天數據中提取出來的(每操作1小時就會產生大約50G位元組的數據)，強大的計算機梳理著望遠鏡照片，尋找出數以百計的候選目標。天文學家們再對這些候選目標進行篩選，辨認出遙遠的彗星。

英屬哥倫比亞大學(UBC)的天文學家萊妮·艾倫最先發現了這個新天體，當時她剛剛完成了對2004年12月的CFEPS數據處理的初步辨認工作。

「與我們通常發現的柯伊伯帶天體相比，它是相當明亮的，」艾倫博士說，「但是更有趣的是，它的距離是如此遙遠。」

這個天體的亮度表明，它的直徑很可能介於500千米-1000千米之間。因此巴菲是一個非常大的柯伊伯帶天體，只有大約半打天體比它更大。

「我們馬上意識到，這個天體距離太陽大約是海王星的兩倍，它的軌道有可能是接近圓形的，」UBC的教授布德特·格萊德曼說，他在測定軌道時注意到了這個天體非同尋常的本質，「但是進一步的觀測還是必需的。」

精確測量一個柯伊伯帶天體的軌道需要對它進行一到兩年的觀測。格萊德曼和康耐爾大學的菲爾·尼科爾森使用5米的海爾望遠鏡再次觀測了這個天體。

對巴菲新位置的測量不僅證明它的軌道非常傾斜，與行星系統平面的傾角為47°(基本上平了柯伊伯帶天體的紀錄)；而且還證實了巴菲與其他任何已知的天體都不相同，因為它位於一條半徑非常長，但卻幾乎是圓形的軌道之上。

亞利桑納基特峰國家天文台的望遠鏡對巴菲的位置進行了更多的測量，這些觀測是由小組成員約耳·帕克(西南研究院)，以及J·卡弗拉斯(加拿大國家研究委員會，赫茨伯格天體物理研究所)和韋斯·弗雷澤在2005年11月完成的，修正了對巴菲近日距的估計。然後Legacy巡天計劃將提供更多的觀測，進一步確認它的軌道。天文學家們必須等到2006年2月，才能測量出巴菲運行軌道的精確細節。

研究小組已經將他們的發現上報給小行星中心(MPC)，這是新小行星天文測量數據的「票據交換所」。

「發現第一個50AU以外的圓軌道天體，這確實是誘人的。」小行星中心主任布賴恩·馬斯登回應說。

挑戰理論

儘管它不是這片區域中被發現的最小、最大或最遠的天體，但這個新柯伊伯帶天體擁有一個非常不尋常的軌道，對太陽系的演化理論提出了挑戰。

為什麼巴菲的軌道被認為是如此的不同尋常呢?除它之外，只有另一個天體一塞德娜，整條軌道都位於距離太陽50AU以外的地方。不過，塞德娜位於一個非常橢長的軌道上，它可以俯衝到76AU的距離上，也可以爬升到900AU以外。相比之下，巴菲終生都在距離太陽52AU-62AU的狹窄範圍內運行。再加上它軌道的傾角，這顆新天體向目前關於早期太陽系歷史的理論發出了挑戰。

天文學家們已經檢測到一些其他的柯伊伯帶天體，它們大部分時間都呆在50AU以外。這些天體都處於非常遙遠的橢圓軌道上，幾乎都能跑到距離太陽38AU以內的地方。這樣近的距離就將這些天體置於海王星引力的作用範圍之內。這些天體通常被認為是被海王星的引力彈弓效應散射到它們目前的軌道之上的，因此這群天體被稱為「散射盤天體」。

在巴菲被發現以前，其他的柯伊伯帶天體也被發現過。它們與「散射盤天體」一樣，大部分時間處於50 AU以外，卻不會靠近海王星的引力範圍，這個天體種群被命名為「擴展散射盤天體」。1995TL8和2000YWl34就是其中的兩個，它們可以來到距離太陽40AU的地方，但是卻擁有相當橢長的軌道，會將它們拉回到60AU以外。「擴展散射盤天體」的另兩個更極端的例子是2000CRl05和塞德娜，前者的近日距為44 AU，後者則從不會闖入太陽周圍76AU的範圍之內。

由於它們巨大的橢率，這些天體很可能已經受到了某個天體的強烈擾動。儘管這個天體可能不是海王星，因為它們不會足夠靠近到這顆大行星的引力所能散射的範圍之內。因為塞德娜和2000 CRl05都可以跑到距離太陽500AU以外的地方。一種理論認為，在它們被海王星散射之後，一顆從附近經過的恆星可能會將它們的近日點拉到距離太陽更遙遠的地方。

巴菲很明顯是「擴展散射盤天體」的一員。不過，巴菲幾乎圓形的軌道使得它從其他的成員中脫穎而出。此外，巴菲巨大的軌道傾角也無法這麼容易地用過路恆星的理論來解釋。如果一顆恆星如此強烈地影響了巴菲的話，它也應該會對主柯伊伯帶的大量天體產生擾動。由於天文學家們沒有檢測到這種強烈擾動的存在，因此需要一個更複雜的理論才能解釋巴菲的軌道。

這個難以捉摸的解釋，也許隱藏在太陽系早期行星重新排布所引起的副作用之中。一種可能的情況是，隨著海王星軌道在年輕的太陽系中緩緩擴張，複雜的引力相互作用可能會使一些柯伊伯帶天體的軌道變得圓而傾斜。儘管巴菲的軌道也許是通過這種方式形成的，但這種理論似乎無法解釋2000 CRl05和塞德娜。這個新發現是令人激動的，因為它使我們開始重新考慮我們對於柯伊伯帶形成過程的理解。

未來

過去的五年來，關於外太陽系形成的理論已經被推至了極限：異常的柯伊伯帶天體，例如巴菲，它們從來不靠近海王星，但仍然擁有高軌道傾角，這些必須得到解釋。

儘管解釋個別天體的理論是存在的，但是要用同一個過程再現出所有已知天體的組合，這就給目前的太陽系模型提出了一個艱難的挑戰。因為這些異常的天體，比如巴菲，是非常罕見的，所以天文學家們仍然在搜刮柯伊伯帶的黑暗角落。要想解開我們太陽系早期歷史之謎，未來系統探索柯伊伯帶的大規模巡天是唯一的途徑。

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