但关于这一点远没有在科学家之间达成共识。尽管很难解释观测到的柯伊伯带天体的所有性质,但是巨行星轨道的向外迁移确实可以解释一些柯伊伯带天体的奇特轨道。
在过去的20多年里已经在大片的天区中搜寻了那些缓慢运动的天体,并且已发现了超过1,000颗的柯伊伯带天体。但是这些大天区的巡天只能发现大而明亮的天体,而用于寻找小而暗弱天体的长时间曝光巡天只能覆盖较小的天区。如果有一颗火星大小的天体位于距离太阳100个天文单位的地方的话,那么它可以轻而易举地躲过地面上的侦察。
[图片说明]:独自位于太阳系边缘的矮行星阋神星(2003UB313)的想象画。它到太阳的距离是冥王星的三倍多。版权:R Hurt (SSC/Caltech)/JPL-Caltech/NASA。
但是这一状况马上就要被改变了。2008年12月,全景巡天望远镜和快速反应系统(Pan-STARRS)的首架原型机在夏威夷投入使用。不久装备有全世界最大的140亿像素数码相机的四架望远镜就将开始搜寻天空中任何闪烁或者运动的目标。它的主要目的是寻找对地球具有潜在威胁的小行星,但是那些外太阳系的居民也难逃它的“法眼”。
杰迪克和他的团队目前正忙于开发可使用Pan-STARRS自动搜索这些天体的软件。他说,发现一颗遥远的行星绝对是一件令人兴奋的事情。对存在这样一颗行星的唯一解释是,它是一颗形成于在太阳系早期的大型天体,在随后和巨行星的引力相互作用中被抛射到了太阳系的外围。它的发现会佐证我们对太阳系形成的认识,也可能会成为人类迈向太阳系更深处的阶梯。
四、彗星来自何方?
很少有“宇宙来客”能像彗星那样使得人类对它既敬畏又恐慌。特别是肉眼可见的哈雷彗星,在犹太教法典上写道“每70年出现一次的星星会让船长们犯错”。1066年黑斯廷斯战役之前哈雷彗星犹如厄运的征兆出现在了天际,1456年教皇卡利克斯特三世将其逐出了教会。
而现代科学对待彗星则采取了更多实证的观点。彗星是尘埃和冰的聚合体,在大椭圆轨道上绕太阳运动。当它们靠近太阳的时候,由于太阳风的吹拂而形成了壮观的彗尾。现在我们甚至还知道它们发源自海王星轨道以外的柯伊伯带。
[图片说明]:拍摄于美国加州约书亚树国家公园的海尔-波普彗星照片,它是20世纪最亮的彗星之一。由于太阳风的吹拂,它形成了一条由电离气体组成的明亮离子尾。而由于太阳光压的作用,它还形成了一条由尘埃组成的尘埃尾。版权:Walter Pacholka, Astropics/SPL。
但是这里也存在着问题。诸如1997年造访地球的海尔-波普彗星,它们难得会出现在我们的天空中。因为它们的轨道非常长,因此不可能来自柯伊伯带。许多天文学家对此的结论是,我们已知的太阳系被一个巨大的、由冰质天体组成的晕所包围,这些天体是几十亿年前在巨行星的引力作用下被从太阳附近“驱逐”到这里的。
这一片天空中的“荒漠”被称为“奥尔特云”,用以纪念1950年第一个提出它的荷兰天文学家简·奥尔特(Jan Oort)。这个包围着太阳系的球形物质晕还从来没有被观测到过,但是如果长周期彗星确实发源于此的话,那么奥尔特云一定是非常巨大的,它所延伸的范围可以达到柯伊伯带外边界的大约1,000倍。在这样遥远的距离上,它不再会受到太阳系行星的影响,相反银河系和近邻恒星对它的作用成为了主导。奥尔特云可能就存在于我们的太阳系向星际空间过渡的某个地方。
[图片说明]:1991年出现的科胡特克彗星一开始被认为是起源于奥尔特云的。但是之后的研究显示它来自柯伊伯带。版权:Denis Cameron/Rex。
不幸的是,如果要在奥尔特云中搜寻X行星的话,那将是一个梦魇。对于望远镜来说,它太暗弱、太遥远也太小了。同样不幸的是,由此我们也错过了通过统计和估算这些天体的大小来重建太阳诞生地并且一窥形成巨行星原始物质的机会。
到目前为止,有关这些原初物质的信息都来自彗星和最大的柯伊伯带天体,因为它们被认为具有类似的组成。“这就像是‘瞎子摸象’,”美国西南研究所的行星科学家哈尔·利维森(Hal Levison)说。
尽管如此,但说不定在几十年之后人们就能描绘出这头“大象”的全貌了。奥尔特云中的天体会使得遥远恒星变暗或者发生衍射。虽然这些掩食所持续的时间只有几分之一秒,但是天文学家将采用已经用于柯伊伯带天体上的技术来测量这些天体的大小和距离。但地球大气湍流造成的闪烁会使得地面上的望远镜无法探测到它们,不过未来空间望远镜巡天应该可以发现大量的奥尔特云天体。
除此之外还存在着其他的问题。根据目前已知的长周期彗星的数目和轨道估计,奥尔特云中含有千亿个直径大于1千米的天体,它们的总质量可以达到地球的几倍。利维森说,这么多的物质超出了目前的太阳系形成理论可解释的范围,这说明还需要对我们现有的模型进行细致的检查。