“花一亿年成功“瘦身”小天体 “天涯海角”的秘诀是晒太阳”

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美国宇航局

柯伊伯带是含亿万冰的小天体，被认为是太阳系初期形成过程中留下的原恒星，也是半人马天体和木星族彗星的起源地。 因此，研究柯伊伯带天体对理解太阳系的起源和进化、地球上的水和生命的起源等问题具有重要的科学意义。

2019年元旦，美国国家航空空航天局“新视野”号探测器飞越柯伊伯带的小天体“mu69”。

这是现在人类检测出的最远和最原始的太阳系天体，它平坦的双重瓣状结构，就像一个胖雪人。 这种“胖乎乎”引起了科学家的浓厚兴趣。 其名字arrokoth来源于美国原住民波瓦坦人的语言，意思是“天空”。 还有诗意的中文名字“天涯海角”。

《自然天文》于10月5日在网上发表了中国科学院紫金山天文台行星科学与深空探测实验室副研究员赵玉晖等与德国马普托太阳系研究所等共同研究的成果。 科学家建立了太阳系小天体的活动性物质挥发其形状进化的模型，分解了“天涯海角”罕见的扁平形状，并得出了全新的结论:这个圆的“胖天体”在其诞生后100万到1亿年间，大量的甲烷、一酸

神秘的柯伊伯带天体

柯伊伯带的命名来自美国荷兰天文学家g.p .柯伊伯带。

1951年，凯伯将爱尔兰天文学家e .埃奇沃思提出的关于短周期彗星起源的构想迅速发展成相应的理论，因此后代称这种预期的环带为柯伊伯带或埃皮沃思-柯伊伯带。

1992年，天文学家们在海王星轨道外的环日轨道上使用光学望远镜观测小行星，然后发现类似的天体在增加。 到2006年观测到的总数超过1000个，其中最大的直径达到1200公里，其余的直径多200—400公里。

现在，人类可以用地面望远镜观测柯伊伯带的无数小天体，或者像“新视野”号一样飞越柯伊伯带，拍摄任何神秘的小天体特写。

赵玉晖告诉科技日报记者，柯伊伯带在太阳系圆盘外周，海王星轨道外，距太阳30—50个天文单位( au，1天文单位约1.496亿公里)，主要由小型天体或太阳系形成的残余物组成。

与小行星带相似，分布着数亿固体小天体，是木星族彗星的发源地。 但是，与小行星带不同，大部分柯伊伯带天体不是由非金属物质构成的，而是由二氧化碳和水等冻结挥发物构成的。

说到柯伊伯带中最有名的天体，就是曾经太阳系的第九颗行星冥王星。 但是那个被排除了。 其重要原因之一是柯伊伯带的小天体大小相同。

关于柯伊伯带小天体的原因，至今仍存在谜团，科学家们倾向于认为不同民族柯伊伯带的小天体可能形成在太阳系的不同位置。 45亿年前，在靠近太阳的地区，多个星际物质围绕太阳旋转，相互碰撞，结合，形成了地球和其他种类的行星，还有气体巨大行星的固体核。 在远离太阳的地区，例如柯伊伯带，温度极低，留下多个宇宙尘、冰、气体，形成了大量比行星小的天体。

保存太阳系形成初期的物质

柯伊伯带是含亿万冰的小天体，被认为是太阳系初期形成过程中留下的原恒星，也是半人马天体和木星族彗星的起源地。 因此，研究柯伊伯带天体对理解太阳系的起源和进化、地球上的水和生命的起源等问题具有重要的科学意义。

“天涯海角”作为柯伊伯带中最稳定的小天体——“冷经典”民族，其轨道在进化过程中很少受到外界的干扰，属于这个地区土产土长的小天体。 “天涯海角”的勘探可以为人类研究太阳系和太阳系天体的形成和进化过程提供很多有价值的消息。

“我们之所以把‘天涯海角’称为‘寒冷的经典’，不是因为其温度低，而是因为从动力学上看，这样的天体轨道更稳定，可以说是太阳系内最稳定的天体。 ”。 赵玉晖表示，除了“冷经典”族外，柯伊伯带内还有“热”古典柯伊伯带天体、离散盘小天体、海王星共振轨道小天体等其他类型的小天体。

“天涯海角”是令人兴奋的天文发现。 离地球约66亿公里，是由两部分组成的双层阀结构的天体，表面直径在32公里以下，奇怪的扁平形状被认为是“新视野”探测器得到的最意外的探测结果。 而且，那个颜色是红色的，温度极低。 “这证明甲烷和乙烷等结构简单的有机化合物是通过紫外线照射形成的，含有远离恒星的寒冷天体中存在的物质。 根据现在的资料，表面的最高温度是零下218.15度左右。 ”。 赵玉晖说。

在柯伊伯带，“世界尽头”是极其稳定的“冷经典”民族，可以说自45亿年前诞生以来没有太大的变化，“世界尽头”很可能保存了一点太阳系形成初期的物质。

放射线差异决定小天体“体形”

双瓣结构的小天体在太阳系中比较普遍。 但是，扁平结构的天体很少见，至今相关的理论和模型还没有合理说明其存在。

迄今为止，国际天文学界尚未对“天涯海角”的奇怪形状进行说明，迄今为止推测是在太阳系初期的星云崩溃过程中形成的。

赵玉晖团队自主开发了活动物质挥发导致小天体形状演化的模型，利用该模型对木星族彗星67p/cg和其他木星族彗星进行了相关研究。

“由于受观测数据的限制，我们的样本有限，但该模型在67p/cg彗星形态的南北不对称和彗星的表面地形进化等问题的研究中得到了验证，表明我们的模型是可靠的。 ”。 赵玉晖说。

赵玉晖告诉记者，就像它的名字一样，“天涯海角”离我们非常远，“新视野”号只是匆匆看了一眼它，对其形式的研究还有重要的作用。

研究表明，在太阳系行星形成过程的初期，微米级的尘埃相互结合形成毫米或厘米大小的粒子，这些粒子凝聚形成几十到一百公里大小的球形或椭圆球形的星星。 “天涯海角”最初可能是两颗这样的星星结合形成的。

在太阳系形成初期，星际空之间依然充满了大量的气体和尘埃，遮断了太阳的大部分辐射，遥远的柯伊伯带地区的温度依然非常低，大量的甲烷、一氧化碳、氮这样的活性强的分子以固体的形式存在于星球中 随着太阳系的气体和尘埃的发散，太阳的辐射变强，温度逐渐上升，“天涯海角”的表面和内部的活性气体开始挥发，物质逐渐消失。

“天涯海角”两极受到的太阳辐射远远大于赤道区域，因此气体挥发速度也大大提高，整体形状不断扁平。

赵玉晖说:“这种形式的进化过程在它形成后的大约100万年到1亿年之间完成，与45亿年的年龄相比，这个过程非常短。”

赵玉晖表示，太阳系形成初期，这种形状的进化机制很可能在柯伊伯带的小天体中普遍存在。 但是，有些小天体运行到离太阳近的地区，例如半人马天体和木星族彗星，受到更强的太阳辐射，活动性比较弱的气体(例如二氧化碳和水)挥发，再次经历同样的形状进化过程。

“在太阳系形成初期，大量存在甲烷、一氧化碳、氮气等活性气体。 了解它们的作用机制对研究太阳系早期的恒星形成、太阳系小天体的形成演化等有极其重要的意义。 ”。 赵玉晖说。 (记者张晔)