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天文新知

古柏帶中的小天體數量比預期中還少

美國西南研究院(Southwest Research Institute,SwRI)研究學者Kelsi Singer等人分析新視野號(New Horizons)太空船於2015年飛掠冥王星時的觀測資料,意外發現冥王星最大衛星冥衛一(Charon)表面小型撞擊坑極少,間接證據顯示古柏帶(Kuiper Belt)中直徑約91公尺到1.6公里大小的小型古柏帶天體(Kuiper Belt object,KBO)非常稀少,比預期中應有的數量還少很多。由於古柏帶天體是太陽系中行星形成的部分「原料」,因此這項發現或許可幫助天文學家瞭解太陽系的起源問題,相關論文發表在科學(Science)期刊中。

新視野號拍攝之冥衛一表面瓦肯平原(Vulcan Planitia)影像。Courtesy of NASA/JHUAPL/LORRI/SwRI

太陽系天體表面的隕坑或說撞擊坑(crater)紀錄著過往被大大小小天體撞擊的歷史和它們在太陽系中的所在位置。而古柏帶位在海王星軌道之外,冰質天體散佈於此,使古柏帶整體約呈現甜甜圈狀。其中,比較小的古柏帶天體,由於太小又太遠,很難利用地球上的望遠鏡直接觀測到,所以新視野號近距離所蒐集到的資料就顯得很重要。

2015年新視野號飛掠冥王星時的觀測資料顯示:冥王星和它最大的衛星冥衛一(或可稱為凱倫或夏戎)表面有各式各樣的特徵,包含高達4公里的高山和氮冰構成的巨大冰川。冥王星上的地質活動比較活躍,會抹除或改變一些它表面的的撞擊史證據,但冥衛一的地質活動相對安靜,能保留更多撞擊記錄。然而,冥衛一上的隕坑數遠低於預期的數量;Ultima Thule(2014 MU69)表面初步分析結果也支持這項發現。

典型的行星模型顯示太陽系大約在46億年前從一片巨大分子雲重力收縮而形成。太陽、行星和其他天體都是從這片收縮中的分子雲透過物質吸積(accretion)過程形成。不同的理論模型顯示在太陽系不同地方有不同族群的天體。但對於小型古柏帶天體缺乏這個狀況,這些天文學家們都感意外,也改變了天文學家們原本對古柏帶天體的認知,顯然古柏帶天體的形成和演化,可能與火星與木星之間的主小行星帶不一樣。因此,主小行星帶中的小型天體之所以會比古柏帶多,或許是因為其中的天體遭遇到更多的撞擊事件,以致大型天體都破碎成小型天體了。
資料來源:Southwest Research Institute

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