海王星外小行星的新發現及其重要意義

太陽系在巨大而黑暗的宇宙中只是一個微小的角落，人類已經能夠探索地球附近的星球，太陽系之外的空間還不足以構畫出來。

近日，英國貝爾法斯特女王大學（Queen's University Belfast）行星天文學研究學者（Research Fellow）米歇爾·班尼斯特（Michele Bannister）和她的團隊報導稱在海王星（Neptune）以外的遙遠太空發現了840個小行星。

這是迄今為止的最大一組發現，將現在已知的太陽周圍的遠距離星體數量增加了50%。

這些小小的冰冷星體的發現非常重要，它們可以幫助人類了解太陽系的歷史，還可以幫助測試在太陽系外圍是否仍然潛藏著一顆看不見的行星。

人們今天看到的行星系統並不像它最初形成的那樣。

當太陽剛出現時，它周圍是一片氣體塵埃星雲。

原始的星際介質開始逐漸向質量相對更密的地方聚集，越聚質量越大，逐漸形成不同的行星，其中包括人類已經發現的一些星體，行星向太陽外圍移動，直到進入它們現在的位置。

另一方面，不斷變大的小行星向著太陽運動或向太陽系外圍散射。

天體遷移也發生在許多其他恆星星系中。

幸運的是，太陽系中的行星距離地球相對較近，使得人們可以探測遷移的複雜細節。

繪製從塵埃星雲中遺留下來的小行星群體的位置圖像，可以幫助推測大行星如何進入它們現在的位置。

觀測運行軌道

這項新發現是作為「外太陽系起源調查」（Outer Solar System Origins Survey，OSSOS）五年項目中的一部分而進行的。

在2013-2017年使用了位於夏威夷莫納克亞山（Maunakea）上的加拿大-法國-夏威夷望遠鏡（the Canada-France-Hawaii Telescope）的成像相機進行觀測，該望遠鏡是世界上最大的望遠鏡之一。

這項研究在天空中的八個區域範圍內尋找微弱、緩慢移動的光點，而且這八個區域遠離了銀河系中星體密集的地方。

這840個小行星是在距離太陽6-83個天文單位發現的，一個天文單位是太陽與地球之間的距離。

該發現為這些「海王星外天體」（ trans-Neptunian objects）的多種類運行軌道提供了很好的依據。

在這項研究的初期階段經歷了挫折，當有效的觀測數據太少時，一顆小行星的預測路徑會變得不確定，以至於望遠鏡無法再次發現它，最終可能會認為它「丟失了」。

對於那些運行軌道較長且高度傾斜的小行星，這種事情發生的機率更大，從而對已知天體的理解產生偏差。

米歇爾團隊成功追蹤了840個小行星的運行軌道。

她們在幾年的時間內對這些小行星進行頻繁快照，意味著可以非常精確地確定它們的軌道。

經過對成百上千的監測數據進行超過37000次人工核對之後，最終確定了它們的運行弧線。

米歇爾團隊還創建了一個附帶的軟體「模擬器」（計算機模型），它提供了一個強大的工具來檢測太陽系現存和曾有的小行星。

這讓理論學家可以測試模型——太陽系如何成為今天看到的形狀，並將它們與真實發現進行比較。

奇特的小行星

這些寒冷的、多岩石的小行星可以分為兩大類。

其中一類包括位於在柯伊伯帶（Kuiper belt，指太陽系在海王星軌道外天體密集的區域）圓形軌道上，距離太陽大約37到50個天文單位的小行星。

另一類小行星是指當海王星的運行軌道距離太陽近一些時，它們的運行軌道與其產生較小的偏離。

包括冥王星（Pluto）在內的這些「海王星外天體」是海王星向外遷移時被推入目前的長長的運行軌道。

在柯伊伯帶，發現了436個小行星。

它們的軌道確認集中在距離太陽43到45個天文單位的近乎圓形的、平坦的「核心」軌道上。

自太陽系出現以來，這些軌道可能沒有受到干擾，屬於原始塵埃星雲的剩餘部分。

在2015年曾訪問冥王星的新視野號太空船（New Horizons spacecraft）將在2019年元旦那天起飛，與一個大約倫敦市大小的小行星近距離接觸。

研究發現共有313個「海王星外天體」，這比開始時預測的數目多得多，而且有的星體距離太陽超過了130個天文單位。

其中，矮行星2015RR245，大約只有英國的一半大小。

它在幾百萬年前與海王星相遇後，然後進入目前的運行軌道，距離太陽大約82個天文單位。

有更多的行星嗎？

最被大家熟知的行星按照自己的軌道運行著，新發現的這些小行星永遠不會比海王星的軌道更接近太陽，並且需要長達2萬年的時間才能繞太陽一圈。

它們的存在意味著在類似軌道上還存在成千上萬個看不見的海王星外天體。

這些小行星如何到達它們目前的運行軌道尚不清楚。

即使在它們軌道上最接近海王星的地方，也幾乎沒有受到海王星的引力作用。

目前已有的一個假設，是還存在一個看不見的大行星，可以稱之為為「行星九」（Planet Nine），它的引力導致小行星在太空中聚集。

然而，太陽系幾大行星都以很緩慢的速度平穩展開，而不是聚集在一起。

也許「行星九」的引力作用更加微妙，又或者這些小行星的運行軌道是以不同的方式形成的？

關於太陽系歷史的研究還處在起步階段，希望這些小行星的發現能有助於拼湊太陽系的起源。