新视野号和斯巴鲁望远镜发现的柯伊伯带天体可能改变对太阳系起源的认识

斯巴鲁望远镜和"新视野"号航天器的合作揭示了遥远的柯伊伯带天体的新族群，重塑了我们对太阳系起源和行星形成过程的理解。图片来源：ESO/M.Kornmesser

利用斯巴鲁望远镜的超宽视场原焦相机进行的巡天观测发现，在柯伊伯带更远的地方可能有一群小天体等待被发现。斯巴鲁望远镜和穿越外太阳系的新视野号宇宙飞船通过国际合作获得了这一结果，这对了解太阳系的形成非常重要。

美国国家航空航天局的"新视野"号宇宙飞船于2006年发射升空，其关键任务是在人类历史上首次近距离观测太阳系外天体的表面；它于2015年成功完成了飞越冥王星系统的任务，并于2019年飞越了柯伊伯带天体之一的阿罗科斯（486958）。目前已经有五个航天器飞往太阳系外（包括新视野号），但新视野号是唯一一个飞越柯伊伯带，同时观测柯伊伯带天体的航天器。太阳距离这里超过 41 亿英里（67 亿公里），在黄道带尘埃云的光芒中闪耀着一颗明亮的恒星。木星和海王星就像太阳右侧的橙色和蓝色"星星"一样清晰可见。图片来源：约翰霍普金斯大学应用物理实验室/西南研究所（JHUAPL/SwRI）

从地面观测柯伊伯带天体时，我们只能在较小的太阳相位角（太阳、天体和观测者之间的夹角）下观测到它们。另一方面，从柯伊伯带中的航天器观测柯伊伯带天体时，可以在不同相位角下观测同一天体，并利用其反射特征来估计天体的表面特性。这是只有"新视野"号才能做到的。

然而，航天器上的相机视野狭窄，无法独立发现柯伊伯带天体。这就是斯巴鲁望远镜的用武之地。斯巴鲁望远镜利用其宽视场相机发现了许多柯伊伯带天体，然后缩小了航天器可以飞过并观测的天体范围。新视野号与斯巴鲁望远镜的合作始于 2004 年。

在 2004-2005 年期间使用斯巴鲁望远镜的主焦相机（Suprime-Cam）进行的观测中，由于冥王星和航天器之间的轨道关系，银河系中心附近的一个区域被卷入柯伊伯带天体搜索区域的背景中。虽然在众多背景恒星中搜索太阳系天体极其困难，但研究小组还是找到了 24 个柯伊伯带天体（更多信息，见参考文献 1 Buie 等人，2024 年）。遗憾的是，迄今为止在这次观测中发现的柯伊伯带天体需要鞋带的燃料太多，航天器无法飞越，但距离遥远的新天体可能在新视野号的可用燃料范围之内。2020 年，斯巴鲁望远镜上的 Hyper Suprime-Cam (HSC) 开始进行更深入的观测，到 2023 年，已经发现了 239 个柯伊伯带天体（更多信息，请参见参考文献 2 Fraser et al. 斯巴鲁望远镜猎户座猎户座在斯巴鲁望远镜上注视着。资料来源：Sebastian Egner 博士

团队成员 Fumi Yoshida 博士（职业与环境健康科学大学；千叶工业大学行星探索研究中心）说："HSC 观测中最令人兴奋的部分是在已知柯伊伯带以外的距离发现了 11 个天体。"

利用 HSC 发现的许多天体距离太阳 30-55 个天文单位（1 个天文单位相当于太阳与地球之间的距离），被认为位于已知的柯伊伯带内。另一方面，研究小组没有想到的是，在 70-90 au 区域似乎有一个天体集群，在 55 au 和 70 au 之间有一个谷（只有少量天体分布于此）（图 1）。这种谷在其他观测中还没有报道过。 柯伊伯带天体的距离分布 图 1.斯巴鲁望远镜 HSC 发现的柯伊伯带天体的距离分布。横轴代表从太阳到天体的距离，以天文单位（au；1 au 是地球与太阳之间的距离）计算。纵轴代表天体的数量。资料来源：Wesley Fraser 对了解太阳系形成的影响

在 70-90 au 的柯伊伯带可能存在一个新的天体群。"如果得到证实，这将是一个重大发现。原始太阳星云比以前想象的要大得多，这可能对研究太阳系行星的形成过程有影响，"吉田博士说。

"新视野号"任务的首席研究员艾伦-斯特恩博士说："这是一个突破性的发现，揭示了太阳系遥远地区的一些意想不到的、新的和令人兴奋的东西；如果没有斯巴鲁天文台的世界级能力，这一发现可能是不可能实现的。"

为了确定这项研究中发现的天体的确切轨道，研究小组将继续利用 HSC 进行观测。吉田博士在谈到这项研究的意义时说："我认为，发现遥远的天体并确定它们的轨道分布，对于了解太阳系的形成历史、将其与系外行星系统进行比较以及了解普遍行星的形成，都是非常重要的。"

"新视野号"目前正在更远的地方旅行，距离太阳 60 au。肯定还有更多我们尚未发现的遥远天体。研究小组非常期待看到斯巴鲁望远镜和新视野号飞船在柯伊伯带以外的发现。

这些结果将发表在《行星科学杂志》（Planetary Science Journal）的两篇科学论文中。

编译自/scitechdaily