2010年3月8日

尋找太陽系的黑精靈

作者/曾耀寰(任職中研院天文所)

在太陽系中有許多小天體,距離地球遙遠又不會發光,必須用特殊的方法才能偵測到,可謂太陽系中不為人知的黑精靈。

黑洞、黑暗物質和黑暗能量都是近幾年天文研究最熱門的黑課題,通常研究這些現象都是將目光焦點放在數十萬光年遠的宇宙,專找一些看不到的東西。天文學家一般相信太陽系並沒有這一黑暗家族,但如果把不容易看到的天體也算進去,太陽系也算是有一些黑精靈。

太陽系的成員大致上可分成太陽本身、行星、衛星、小行星、彗星等,太陽和八大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天文星和海王星)是太陽系內最大的天體,衛星則是繞在行星四周運轉的天體,例如月球是繞行地球的衛星。除了這些較明顯的天體外,在火星和木星之間有一小行星帶,稱作主小行星帶(main asteroid belt)。德國天文學家克卜勒是最早發現火星和木星之間的距離太大的人,他預測在離太陽2.8天文單位(一天文單位是太陽到地球的平均距離,簡寫為AU)的位置應該有一顆未知的行星。1801年皮業齊(G. Piazzi)發現軌道半徑2.7AU的穀神星,原先以為是彗星,但彗星的軌道是長長的橢圓形,穀神星的軌道比較像行星的圓形軌道,並且其直徑太小(933公里),只能算是小行星。之後又陸續有許多小行星被發現,大部分的小行星都是位在主小行星帶,到2006年4月為止,已經有33萬795顆小行星獲得命名。在已命名的小行星中,大約兩百多顆的大小超過100公里,穀神星是當中最大的一顆;但透過紅外線觀測,科學家相信有超過100萬顆小行星大小約只有1公里,有些甚至更小。小行星數量雖多,小行星帶內的總質量卻只有月球的4%,由質量的比較差異可推論,小行星帶的小行星應該不是行星被撞碎後的殘骸。

在離太陽30~55AU的帶狀範圍內,差不多是海王星軌道外,也有一群天體繞著太陽運行,稱之為古柏帶(Kuiper belt)天體。古柏帶天體不像小行星,小行星的主要成分是金屬和岩石,古柏帶天體的成分則是結了冰的揮發性物質,例如甲烷、氨和水,簡單地說就是髒雪球。天文學家相信古柏帶天體是短週期彗星的來源地,短週期彗星是週期比200年短的彗星,也會像其他行星一樣週期性地繞著太陽公轉,只不過軌道是狹長的橢圓形。哈雷彗星的平均週期為76年,也是來自古柏帶。

自從1992年首次發現古柏帶天體,已經有超過1000顆被偵測到,據天文學家估計,直徑超過100公里的古柏帶天體應該超過7萬顆,而剛從九大行星除名的冥王星也被降調成古柏帶天體,被歸類成矮行星。

第一個被發現的黯淡古柏帶天體,編號為1992QB1 ,亮度約23等,距離太陽44AU。1992QB1算是蠻遠的天體,其大小只有300公里;海王星的直徑約5萬公里,大約是1992QB1的160倍。而比它更小(直徑數十公里)、更遠(50AU)的古柏帶天體,即使是哈柏太空望遠鏡或者是地面上最大的凱克望遠鏡也都很難看到,真算是太陽系內的黑精靈。【更詳細的內容,請參閱第483期科學月刊】

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