文/葉楠

海王星外天體——矮行星及矮行星候選體

海王星外天體是指太陽系中軌道平均半徑比海王星軌道半長徑（約30 天文單位）更長的天體，包括柯伊伯帶天體，以及更加遙遠(yuǎn)的離散盤天體和類賽德娜天體等等。

柯伊伯帶與小行星帶類似，包含有大量巖石和金屬質(zhì)地的小天體?？乱敛畮祗w分布在距離太陽30～50天文單位半徑處，寬度大約是小行星帶的20 倍，其中包含天體的總質(zhì)量甚至可以達(dá)到小行星帶的百倍以上。

人類發(fā)現(xiàn)的第一顆海王星外天體是冥王星。后續(xù)更多的發(fā)現(xiàn)不斷改寫著人類對太陽系的認(rèn)識：大行星的定義被更新；新的行星類別得以誕生；太陽系的邊界也逐漸向外拓展。

阿爾比恩

阿爾比恩是大不列顛島的古稱，也是英國作家威廉·布萊克所著神話中的一位巨人。2018 年，臨時編號為1992 QB1 的小行星以阿爾比恩命名，雖然同名，但它的個頭在太陽系中并不起眼，直徑108～167 千米，僅為冥王星直徑的1/14。它的軌道半徑為41～47 天文單位，周期291 年。阿爾比恩的發(fā)現(xiàn)拉開了天文學(xué)家對柯伊伯帶天體探測的帷幕，時至今日，人類已經(jīng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的柯伊伯帶天體數(shù)量超過了2000 顆，預(yù)計柯伊伯帶天體總數(shù)至少有數(shù)百萬顆。圖為歐南臺拍攝的阿爾比恩照片。

鬩神星

在柯伊伯帶內(nèi)有這樣一顆天體，它的質(zhì)量比冥王星還要重27%，在發(fā)現(xiàn)之初甚至被稱為“第十大行星”，它就是鬩神星。鬩神星雖然比冥王星質(zhì)量更大，但它的直徑是2326 千米，比直徑為2377 千米的冥王星還小了一點(diǎn)點(diǎn)。2005 年1 月，3 名美國天文學(xué)家在處理2003 年10 月21 日拍攝的照片中發(fā)現(xiàn)了這顆天體，臨時編號為2003 UB313。2006 年，國際小行星組織以希臘神話中的女禍神厄里斯的名字命名，中文名鬩神星。鬩神星的軌道非常狹長，近日點(diǎn)37.77 天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)97.56 天文單位，公轉(zhuǎn)周期559 年。2005 年，夏威夷凱克望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了鬩神星的衛(wèi)星鬩衛(wèi)一。

鳥神星

2005 年7 月19 日，與鬩神星同時公布的還有鳥神星，它的亮度達(dá)到了16.7 等，是柯伊伯帶中僅次于冥王星的天體。當(dāng)湯博于1930 年在雙子座天區(qū)發(fā)現(xiàn)冥王星的時候，鳥神星正好位于距離雙子座不遠(yuǎn)的金牛座和御夫座交界處。但遺憾的是湯博并沒有將望遠(yuǎn)鏡指向這個方向，當(dāng)時人們認(rèn)為新行星一般都位于黃道附近，而鳥神星的軌道傾角卻高達(dá)29 度。直到2005 年的復(fù)活節(jié)后，這顆臨時編號為2005 FY9的新天體才被發(fā)現(xiàn)。2008年，國際天文聯(lián)合會以復(fù)活節(jié)島拉帕努伊族原住民神話中的創(chuàng)造之神的名字來命名，即鳥神星。鳥神星的直徑約1430 千米，質(zhì)量約是冥王星的3/4，近日點(diǎn)38.5 天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)53.1天文單位，公轉(zhuǎn)周期約310 年。

妊神星

妊神星的發(fā)現(xiàn)其實(shí)比鳥神星還要更早一些，不過對外公布這一發(fā)現(xiàn)卻比鬩神星和鳥神星晚了兩天。妊神星的臨時編號為2003 EL61，以夏威夷神話中的生育之神的名字來命名。在所有已知的矮行星中，妊神星是長相最為怪異的一個，根據(jù)光變曲線推測，妊神星呈橢球形，它的長軸達(dá)到1960千米，而短軸只有996 千米。妊神星的質(zhì)量約是冥王星的1/3，近日點(diǎn)34.7天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)51.5 天文單位，公轉(zhuǎn)周期約283 年。在妊神星發(fā)現(xiàn)的同時，天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了它的兩顆衛(wèi)星，較大的妊衛(wèi)一直徑約310 千米，位于妊神星外側(cè)，每49 天公轉(zhuǎn)一周；妊衛(wèi)二直徑約170 千米，公轉(zhuǎn)周期為18 天。

矮行星

隨著越來越多柯伊伯帶天體的發(fā)現(xiàn)，關(guān)于太陽系大行星的定義亟需改進(jìn)。2006 年8 月，國際天文聯(lián)合會在關(guān)于行星的決議中提出了矮行星這一新的分類。滿足以下四個條件的天體稱之為矮行星：軌道環(huán)繞太陽；質(zhì)量大到滿足流體靜力學(xué)平衡的狀態(tài)；未能清楚軌道附近的小天體；不是一顆衛(wèi)星。會議同時確認(rèn)了谷神星、冥王星、鳥神星、妊神星和鬩神星分類為矮行星，其中除了谷神星位于小行星帶外，其余天體都位于柯伊伯帶中。據(jù)估計，在柯伊伯帶中可能擁有200 顆以上的矮行星候選者。而整個海王星外天體中隱藏的矮行星數(shù)量可能更多。圖為部分已知海王星外天體與地球大小對比示意圖。

共工星

共工星發(fā)現(xiàn)于2007 年，直徑約1500 千米，體積比鳥神星和妊神星稍大，是已知海王星外天體中僅次于冥王星和鬩神星的第三大天體。這顆天體顏色偏紅，根據(jù)光譜分析發(fā)現(xiàn)在其表面應(yīng)該擁有水冰和甲烷。2019 年5月，發(fā)現(xiàn)這顆天體的加州理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用網(wǎng)絡(luò)投票，最終以中國神話中的水神“共工”命名，其衛(wèi)星共衛(wèi)一則以共工的臣屬之一“相柳”的名字命名。共工星現(xiàn)在距離太陽約87.5 天文單位，是目前距離太陽第三遠(yuǎn)的太陽系已知天體，僅次于V774104和鬩神星。如果共工星早發(fā)現(xiàn)兩年，現(xiàn)在的矮行星名單里必定有它的名字。圖為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡分別在兩個時間拍攝的照片對比，可以看到相柳的位置變化。

冥衛(wèi)一

冥衛(wèi)一也稱卡戎，它不是一顆衛(wèi)星嗎？為何也會出現(xiàn)在矮行星候選體的行列之中呢？卡戎雖然是冥王星的衛(wèi)星，但它與冥王星組成的系統(tǒng)重心卻在冥王星之外。關(guān)于它與冥王星是平等的雙星關(guān)系，還是附屬的衛(wèi)星關(guān)系，一直以來都沒有精確的定義予以區(qū)別，這也是爭議的主要來源?？ㄈ值闹睆竭_(dá)到了1200 千米，是海王星外天體中第六大的，僅次于冥王星、鬩神星、妊神星、鳥神星和共工星。除了衛(wèi)星這一條之外，關(guān)于矮行星的其他要求卡戎都滿足。圖為新視野號探測器拍攝的卡戎。

創(chuàng)神星

以美洲原住民通格瓦族神話中的創(chuàng)世之神的名字來命名的創(chuàng)神星于2002 年 被 發(fā) 現(xiàn)，2004 年 估 計其直徑是1260 千米，但斯皮策望遠(yuǎn)鏡的觀測表明它擁有更高的反照率，所以直徑應(yīng)該更小，只有約850 千米。而根據(jù)矮行星的定義，要滿足流體靜力學(xué)平衡狀態(tài)直徑至少需要達(dá)到800 千米，再除去表面200～400 千米的冰層，創(chuàng)神星本身可能并不滿足這一點(diǎn)。于是2006年創(chuàng)神星沒有入圍第一批公布的矮行星名單?，F(xiàn)在創(chuàng)神星最新的直徑數(shù)據(jù)是1110 千米，隨著更多觀測數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，未來創(chuàng)神星入圍矮行星行列是有希望的。

賽德娜

賽德娜是因努特神話中海洋女神的名字。這顆名為賽德娜的天體于2003 年被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時它位于距離太陽89.6 天文單位處，是當(dāng)時發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的太陽系內(nèi)天體。賽德娜的軌道離心率非常大，近日點(diǎn)76 天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)937 天文單位，公轉(zhuǎn)周期高達(dá)11400 年。關(guān)于它的起源天文學(xué)家有著各種各樣的猜想，有人認(rèn)為它是一顆奧爾特云天體，也有人認(rèn)為它來自于太陽系以外。而賽德娜、鬩神星、妊神星和鳥神星等天體的發(fā)現(xiàn)者天文學(xué)家邁克爾·布朗認(rèn)為賽德娜是已知海王星外天體中最重要的一顆，它特殊的軌道有助于揭開太陽系的起源和演化之謎。

亡神星

亡神星是一顆柯伊伯帶天體，發(fā)現(xiàn)于2004 年。它是一顆典型的類冥王星天體，與海王星有著2:3 軌道共振關(guān)系，軌道形狀也與冥王星相近，只是傾角方向不同。由于亡神星與冥王星都與海王星有著共振關(guān)系，所以亡神星總在與冥王星相對的軌道位置上（如圖，右下角白點(diǎn)為海王星，白色線條為冥王星相對海王星軌道，紅色為亡神星相對海王星軌道）。亡神星的名字來源于古羅馬伊特魯利亞神話中的亡者之神奧伽斯。亡神星的直徑約為950 千 米，它還擁有一顆直徑為220 千米的衛(wèi)星亡衛(wèi)一，以神話中引導(dǎo)亡靈的女神萬斯的名字命名，它以近乎完美圓形的軌道圍繞亡神星運(yùn)行，周期約為10 天。

未來隨著更多觀測數(shù)據(jù)的確認(rèn)，這些天體中有些會被確認(rèn)成為矮行星，有些則繼續(xù)它的小行星身份。無論結(jié)果如何，都說明人類對它們有了更加客觀、清晰的認(rèn)識。海王星外天體，尤其是柯伊伯帶內(nèi)包含有大量小天體，它們都是太陽系早期未能成功形成行星的碎片。關(guān)于柯伊伯帶的結(jié)構(gòu)和起源仍不明確，需要更多的觀測和研究。有天文學(xué)家利用電腦模擬顯示柯伊伯帶受到木星等大行星的引力影響，尤其是海王星對柯伊伯帶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大的作用。海王星的存在使得某些柯伊伯帶天體的軌道并不穩(wěn)定，有的被拽進(jìn)了太陽系內(nèi)側(cè)，有的則被拋向了更遙遠(yuǎn)的地方。2017 年落成的泛星計劃望遠(yuǎn)鏡將幫助我們發(fā)現(xiàn)更多海王星外天體，為人類解開太陽系演化之謎提供更多的信息。