寸头发型,冥王星之外 人类怎么探究奥秘柯伊伯带?,三七粉怎么吃

对那些为“罗塞塔”号(Rosetta)空间勘探器作业的人来说,2014年1月20日将是一个重要日子,这一天或许会是极好的一天,或许会是非常糟糕的一天。10年前,欧寸头发型,冥王星之外 人类怎样探求奥妙柯伊伯带?,三七粉怎样吃洲空间局(Europe寸头发型,冥王星之外 人类怎样探求奥妙柯伊伯带?,三七粉怎样吃an Space Agency)将“罗塞塔”号这个重达3000千克的航天器发射升空梦醒时分,依照方案,该航天器将于2014年8月与一颗名为67P/楚留莫夫-格拉希门克(67P/Churyumov-Gerasimenko,简称67P)的彗星交会。假设一切顺利,“罗塞塔”号将完结一件人类从未尝试过的作业:进入彗星低轨迹,开释一台名为“菲莱”号(Philae)的着陆器。在太阳的热力下,67P兄长掰弯方案彗星冰冻的身躯正在逐步变暖,“ihg罗塞塔”号将跟随前行。

但首要,“罗塞塔”号要复苏过来。在此前两年多的时刻里,它一dry直蛰伏在节能方法。欧洲中部时刻2014年1月20日上午11时,“罗塞塔”号的内置闹钟响起。在德国达姆施塔特的欧洲空间作业中心(European Space Operations Center)的一间操控室里,科学家和工程师们等候着。依照方案,“罗塞塔”号醒来后将会发回陈述,虽然他们对“罗塞塔”号很有决心,但之前一个失利的事例仍然像阴霾相同笼罩在他们心头:1993年,“火星观察者”号(Mars Observer)勘探器与地上失掉联络,并消失得无影无踪。有那么几分钟,科学家和工程师们感到噩梦又要重演了。

“我看到屋子里许多人的脸都白了,”霍尔格·谢克斯(Holger Sierks)回想道,他来自德国马普太阳系研讨所(Max Planck Institute for Solar System Research),担任“罗塞塔”号上的光学和红外摄像机。在等候信号的短短15分钟内,时刻就像凝结了相同。 总算,一束电子信号从木星轨迹之外抵达了达姆施塔特,“信号内容是‘我又回来了’寸头发型,冥王星之外 人类怎样探求奥妙柯伊伯带?,三七粉怎样吃,这让一切人都松了一口气,”谢克斯说

接下来的几周里,研讨人员承认, 初中女生打架“罗塞塔”号不只完毕了蛰伏,而且各方面作业杰出,现已做好了勘探彗星的预备。它将答复彗星的结构、组成、作业规则以及来源方面的问题。67P彗星冰冻的躯体,自46亿年前太阳系诞生之初就简直未曾改动。2014年11月,“罗塞塔”号会开释它的着陆器。着陆器将钻开彗星外表,开掘太阳系的前史。

在悠远的深空中,“罗塞塔”号并不孑立。经过9年的飞翔,美国航空航天局(NASA)的“新视野”号(New Horizons,也译作“新地平线”号)勘探器将在2015年7月,完成另一项打破:第一次飞临冥王星(Pluto)和它的5颗已知卫星。美国西南研讨院(Southwest Research Institute)首席研讨员艾伦·斯特恩(Alan Stern)陈述说,“航天器的状况非常好。”虽然这两项使命互相独立,但并非毫无相关。地理学家现在认识到,两艘航天器的勘探方针冥王星和67P彗星,都是柯伊伯带(Kuiper belt)的成员。所谓柯伊伯带,便是坐落海王星之外的一个巨大的、简直不知道的区域,其间存在着数以十亿计的严寒星体,这些星体的标准小到几米,大到000多千米。

曩昔20年,空间勘探取得了一系列发现,而两艘航天器成功抵达各自的勘探方针,将使空间勘探效果到达一个高峰,正如斯特恩所言:“这些发现使人们恍然大悟,改写了咱们对太阳系结构的常识。”现实上, 在短短20多年前,乃至没有人知道柯伊伯带的存在。自那时起,行星科学家们相继发现了几个冰冻的星球,它们的体积挨近、乃至可以比美冥王星。科学家从中发现了一些痕迹,标明在很久以前,木星(Jupiter)、土星(Saturn)、天王星(Uranus)和海王星(Neptune)的轨迹从前剧烈地变动过,这些痕迹乃至还暗示,太阳系从前存在第五颗气态巨行星。研讨人员剖析了1 500余个已知的柯伊伯带天体(Kuiper belt object,KBO)寸头发型,冥王星之外 人类怎样探求奥妙柯伊伯带?,三七粉怎样吃的巨细和轨迹,来研讨这条带是怎样构成的。 他们想知道,本来枯燥的地球上之所以可以构成海洋,真的是因为在柯伊伯带构成之初,有许多的冰从这儿弹射到年青的地球吗?

每一次这样的观测都为了解柯伊伯带的来源和演化,打开了一扇窄窄的窗户。把这些观测效果综合到一同,就像盲人摸象的寓言那样,人们开端凑集关于柯伊伯带的结构、组成和演化的更全面的图画。现在,两艘航天器行将初次对两个非常卡通壁纸不同的柯伊伯带天体进行近间隔观测,这样一来,这幅图画将会变得史无前例的明晰。

发现柯伊伯带

1930年,一位名叫克莱德·汤博(Clyde Tombaugh)的年青地理学家,在海王星之外发现了一个新星体。其时,地理学界包含他自己都深信,他发现了“X行星”(Planet X)——传言已久的太阳系第九颗行星。在一名11岁英国女学生维尼夏·伯尼(Venetia Burney)的主张下,这颗行星被命名为“冥蛇王大大请爬开王星”。起先,研讨人员核算得出,这颗新行星的质量会挨近地球。但到了20世纪70年代,人们认识到冥王星比月球还要小、还要轻。汤博发现的其实是柯伊伯带上最亮堂的成员。

但是,在上世纪80年代之前,没有人会想到柯伊伯带这个东西的存在,乃至包含杰勒德·柯伊伯(Gerard Kuiper)自己, 柯伊伯带便是以这位荷兰裔美国科学家命名的。在上世纪50年代,柯伊伯提出,紧靠海王星外的区域或许从前充溢着冰冻天体。不过他又以为,“大质量行星”冥王星的引力场会将这些冰冻天体散射到深空去,因而太阳系的这片区域现在应该是空空荡荡的一片。“现实和预言恰恰相反,”加利福尼亚大学洛杉矶分校的地理学家戴维·C·朱维特(David C. Jewitt)说道,他是外层太阳系观测的前驱。

简直在同一时刻, 柯伊伯的同胞简·奥尔特(Jan Oort)猜想,那些被散射的天体,应该构成了原彗星(proto-comet),这些彗星组成了球形云,其作业轨迹间隔太阳大约有1光年。他还指出,假设这些原彗星偶尔闯入了内太阳系,它就会变成一颗活泼的彗星。该机制奇妙地解说了,为什么会存在长周期彗星。那些长周期彗星的轨迹周期长达200多年,它们会从各个方向掉入内太阳系。

不过,这套理论无法解说那些短周期彗星。短周期彗星大多是沿着大行星公转轨迹平面飞来。对此,奥尔特给出的解说是,有些长周期彗星与巨行星交会时变成了短周期彗星。没有人能给出更好的解说。[或者说,简直没有人给出更好的解说。一个特殊情况是,早在上世纪40年代,爱尔兰地理学家肯尼思·埃奇沃思(Kenneth Edgeworth)就提出一种假说,短周期彗星诞生于一个小星体集合的、更近的当地。不过他只是顺带提及这个假说,而且没有具体描述。“假设你以为这只能算是一个预言,那好吧,我确实无法辩驳,”迈克尔·E·布朗(Michael E. Brown)寸头发型,冥王星之外 人类怎样探求奥妙柯伊伯带?,三七粉怎样吃这样点评道。布朗是加州理工学院的地理学家,他在2005年发现了柯伊伯带天体阋神星(Eris),其巨细和冥王星适当,这一发现导致冥王星在第二年被降格为“矮行星”。显着,布朗不以为埃奇沃思趁便提及的假说只能算一个预言,但总归,其时并没有人注重埃奇沃思的这个主意。

现在许多行星科学家都公积金贷款额度认可的,关于柯伊伯带的第一个正式预言来自乌拉圭地理学家胡里奥·费尔南德斯(Julio Fernandez)。他在1980年的一篇题为《论海王星外彗星带之存在》(On the Existence of a Comet Belt beyond Neptune)的论文中,提上班信部投诉电话了和埃奇沃思相同的观点,不过他的证明要谨慎、具体得多。1988年,其时上任于加拿大多伦多大学的斯科特·特里梅因(Scott Tremaine)和搭档马丁·邓肯(Martin Duncan)、汤姆·奎恩(Tom Quinn)一道证明了,费尔南德斯预言的星体群其实可以解说短周期彗星的轨迹和呈现频率。他们初次使用了“柯伊伯带”一词,不过,现在上任于普林斯顿高级研讨院的特里梅因说,“这个词或许不正确,咱们应该以‘费尔南德斯’来命名它。”

当特里梅因、邓肯与奎恩在理论上证明柯伊伯带时,朱维特和他其时在麻省理工学院的学生刘丽杏(Jane X. Luu),开端寻觅确凿的观测根据。他们并不是遭到理论研讨的启示才去展开搜索,现实上他们并不知道费尔南德斯的论文,而且他们早在1986年就开端了搜索作业,比特里梅因和搭档们宣布效果早了两年。朱维特说,“咱们搜索的动机非常简略,便是觉得外太阳系那么空荡荡的很古怪。”

当然,外太阳系实践上并不是那么空荡荡的。1992年8月,使用在夏威夷莫纳克亚(Mauna Kea)死火山高峰的2.2米望远镜,朱维特和刘丽杏发现了第一个柯伊伯带天体,1992QB1,这是他们所谓“缓慢移动天体”勘探方案(Slow Moving Object survey)的一部分。6个月后寸头发型,冥王星之外 人类怎样探求奥妙柯伊伯带?,三七粉怎样吃,他们发现了第二个柯伊伯带天体。虽然在洗浴效劳其时,朱维特和刘丽杏是仅有进行此类搜索的研讨团队,但“地理学界很快就反响过来了,”朱维特说。现在,地理学家现已认证了大约1 500个柯伊伯带天体。根据这一数字,他们估量柯伊伯带大约有100 000个直径超越100千米的物体,有近100亿个直径大于2千上官大斌米的物体。朱维特说:“柯伊伯带里小行星的数目是主小行星带(main asteroid belt,坐落火星与木星轨迹之间)的1 太极张三丰000倍,这让我大为震动”。

不过,让许多地理学家更震动的,不是柯伊伯带里“有”什么,而是它“没有”的内容。 根据最好的行星构成模型,地理学家估测,柯伊伯带里应该有相似地球巨细、乃至比地球更大的星体。但是,柯伊伯带里最大的星体,便是冥王星和一些与冥王星巨细附近的星体,如鸟神星(Makemake)、妊神星(Haumea)、创神星(Quaoar)和阋神星,研讨人员没有发现一个挨近大行星规范的星体。“那里有许多的星体,不过这些星体加在一同,也不超越地球质量的非常之一,非常微乎其微。”朱维特说。

在太阳系前史前期必定发作过一些作业,才会使柯伊伯带中最大的成员被消除了。多年来,行星地理学家一直在争辩,其时终究发作了什么。使用“罗塞塔”号和“新视野”号,他们将得到一些答案。

巨行星重排

当柯伊伯带被发现时,物理学家现已建立了太阳系构成模型。该模型的来源是一团巨大的、由星际气体和尘土组成的云团,然后这一云团崩塌构成一个旋转的圆盘。在圆盘的中心,重力将物质聚成一团。高温文高密度导致这团物质开端发作热核反响,太阳就诞生了。

太阳的热量和辐射将大部分气体和一部分尘土吹向外围。在接近太阳的部分,尘土集合在一同,先构成小石块,后来变成大岩石,终究变成了小行星标准的所谓“微行星”(planetesimal)。内行星构成的终究一个阶段,数以百计的火星标准的星体漂浮在太阳系中,它们磕碰着,不断地破碎又聚合在一同,终究构成了咱们今日看到的八大行星,不只包含内太阳系的固态类地行星,还有木星、土星、天王星和海王星这些气态行星。这些行星基本是由大块岩石构成的,有足够大的引力束缚住许多气体。

在海王星之外,外太阳系的冰粒发作了和内太阳系尘土颗粒相似的进程,也构成了行星巨细的星体。但是这一理论存在两个问题:首要,地理学家没有观察到这些具有行星标准的星体(但布朗说,就他们所知,在悠远的奥尔特云里,或许会有像火星相同大的星体,只不过咱们现在的技能无法观测到。)

第二个问题是,柯伊伯带中的物质太少,不足以构成任何标准的星体。换言之,假设以为现在柯伊伯带中的一切物体也都来自原初的冰尘云,那么这些云的散布就太广了,难以构成任何东西。

如此一来,柯伊伯带中实践存在的物质,与理论学家估测应该构成的物质,就自相矛盾了。朱维特说,“公认的解决方案是,以为在一开端,柯伊伯带里就有比较多的物质——30、40乃至50个地球质量的物质。”这些物质确实构成了一大群星体,但不知什么原因,这些星体的数目在不断削减。

至于星体不断削减的原因,最可信的一种解说机制是:太阳系的四大气态巨行星(木星、土星、天王星、海王星)从前是堆聚在一同的,比它们今日的间隔近得多。这个假说开端是由亚利桑那大学的物理学家雷努·飞鹰艾迪马尔霍特拉卢敏仪害了蔡枫华(Renu Malhotra)提出的。

马尔霍特拉和她的几位搭档证明道,这些严密堆挤在一同的行星,与前期许多的柯伊伯带天体的引力相互效果,把土星、天王星和海王星推向外太阳系。与此一同,木星和柯伊伯带天体、小行星一同相互效果,导致木星向内移动。

这些引力相互效果不只使行星重排,也把许多柯伊伯带天体弹射到太阳系引力规模的最远端,构成了悠远的奥尔特云,而且把许多的小行星甩进了太阳系内层轨迹。在这些搬迁进程发作的某段时期,土星和木星处于了轨迹共振态,土星每作业一个周期,木星刚好作业两个周期。

每隔一段时刻,两大行星就会和太阳精准地处于一条直线上,然后构成额定引力扰动,使得柯伊伯带天体被剧烈地散射开,以至于99%以上的物体都被打扫了出去。它们中的一些成为了太阳引上海城隍庙力规模最远端的奥尔特云的成员,另一些撞上了太阳系的内层行星,这被称为“后期重轰炸期”。“太阳系经受了强烈的捶打,”朱维特说。

美国西南研讨院的物理学家戴维·尼斯沃尼(David Nesvorny)将这一假说又向前推进了一步。他以为,太阳系或许从前存在第五颗气态巨行星,在这个剧烈的重排进程中,它或许被弹射到星际空间去了。

假设巨行星的重排真的发作董晴过,那就可以解说,为什么柯伊伯带中没有大星体:那些可以用来构成大星体的资料现已被永久地清空了,因而只是构成了那些相似微行星的物体——微行星是指那些小的原行星(proto-planet),大行星即由这些微行星聚合而成。从这个含义来说,柯伊伯带就像一张快照,将行星构成进程刚刚开端数百万年时内层太阳系的姿态,永久地定格了下来。

麻省理工学院的行星科学家希尔克·施利希廷(Hilke Schlichting)说,“现有的行星构成机制中,最大的不确定在于微行星的构成,它们是怎样构成的?它们有多大?”这些信息在太阳系内层早已无处寻觅,不过凭借观测和模型,她和搭档们指出,假设假定组成柯伊伯带天体的冰冻微行星的直径大约为1千米,那么就可以解说今日观测到的柯伊伯带天体的巨细和散布了。对这些微行星标准的估量,或许也适用于内层行星。她说:“经过数十年的猜想后,咱们白色相簿2总算要开端了解行星构成的初始条件了。”

飞抵冥王星

模型和远间隔观测通知行星科学家许多关于柯伊伯带的信息,比方柯伊伯带的结构以及其或许的前史。不过,想想迄今为止数十个空间勘探器对太阳系一切大行星以及数十个卫星和小行星的调查效果,近间隔观测的不行代替性就显而易见了。斯特恩说,“使用哈勃望远镜为冥王星拍照一张相片确实很帅,不过相片上的冥王星只要几个像素那么大。”到2015年6月,“咱们会真实看到冥王星的国际是什么姿态,”他弥补道。

2006年,“新地平线”号发射升空时,冥王星还算作一颗大行星。到了第二年夏天,它就被“降职”成了矮行星。不过不论你怎样叫它,“新地平线”号都在以每小时40 000千米的速度奔向冥王星和它的卫星卡戎(Charon),未来这艘航天器与冥王星的冰冻外表的间隔将在10 000千米以内,斯特恩和协作研讨者会竭尽所能,对冥王星进行各种研讨。

他们研讨的一个内容是,计算冥王星布满麻点的外表上的陨石坑个数,以及这些陨石坑的巨细和散布。经过这项研讨,地理学家可以对柯伊伯带天体的巨细和散布有一个独立的测量值。撞向冥王星外表的、不同巨细的柯伊伯带天体的数目,应该和柯伊伯带中相应巨细的天体总数成正比。

“还有更妙的作业,”斯特恩说。当冥王星沿着椭圆形轨迹公转时,它的外表温度一段时刻内会很高,往后又会很低,如此重复,这个进程构成了冥王星淡薄的大气条件,也使得冥王星外表的陨石坑每过一段时刻就会被“抹掉”。但是,卡戎没有大气,这就意味着一切碰击痕迹都会保存下来。“你可以比较冥王星和卡戎,”斯特恩说,“然后就可以弄清楚陨石碰击的过往改变——在今日和远古时期,陨石的巨细有什么不同。”

“新地平线”号也企图寻觅地下海洋的信号。木星和土星的某些卫星——木卫二(Europa)、木卫三(Ganymede)、土卫二(Enceladus)和土卫六(Titan),在它们冰封的厚厚表壳之下,行星科学家现已发现了藏匿其间的海洋。假设冥王星上存在冰间歇泉或冰火山的话,这将是一条头绪,标明它的内部是温暖且充溢流体的——冥王星岩石中心之中的放射性同位素发作衰变,就有或许导致这样的效果。即便没有显着的外表热活动根据,勘探器上带着的红外相机也可以勘探到其外表的热门。至于冥王星的内部存在生命这安卓游戏下载一主意,虽然完全是猜想,不过因为液态水是咱们所知的生命方法的必要组成部分,假设可以在冥王星内部发现液态水,至少这个猜想就变得愈加靠谱。

“新地平线”号将花5个月时刻,展开上述一切研讨以及其他一些研讨。在吼叫着掠过这颗矮行星的那几天,“新视野”号会展开最密布的观测。不过,它需求花上大约16个月的时刻,将数据穿越50亿千米的浩渺太空吕梁薛建平,一点点地传回地球。

与彗星共舞

“罗塞塔”号要花上差不多的时刻来绕着67P彗星飞翔。和“新地平线”号高速飞掠冥王星不同,“罗塞塔”号会与67P彗星在一同待上15个月。这让它可以答复以下问题:67P彗星的准确化学组成及其内部结构等。这些问题的答案非常重要,有助于科学家弄清楚组成原初柯伊伯带的气体和尘土的性质。现在,科学家对此的了解还非常浅显,他们还没有找到任何确凿的根据来敲定任何一种假说,也无法否定某一种假说。“罗塞塔”号的发现,将协助研讨人员第一次找到一个令人信服的理论。

当这颗彗星离太阳越来越近、逐步复苏时,“罗塞塔”号和它的着陆器“菲莱”号,可以第一时刻目击这一进程。“到了2015年的夏天,也便是彗星的活动到达最高峰时,每分钟都有1 000千克的物质从彗核中抛射出来。咱们的勘探器将随同在彗星身寸头发型,冥王星之外 人类怎样探求奥妙柯伊伯带?,三七粉怎样吃旁,”这个项目的首席研讨员、欧洲空间局的马特·泰勒(Matt Taylor)说。研讨人员现在还不清楚,这些抛射物质终究来自彗星的整个外表,仍是从某些部分热门喷出。一年今后,这个问题将有答案。到那时,行星科学家将会了解彗星丢失冰体而且耗费殆尽的原因和方法。

“罗塞塔”号也会答复一些与咱们密切相关的问题。比方,地球上的水分从何而来?许多行星科学家信任,是太阳系前期的一场“彗星暴雨”把水送到了地球。“罗塞塔”号将检测67P彗星上水分子的化学性质,并与地球上的水分子作比较,来验证这个假说。新近,赫歇尔空间地理台(Herschel Space Observatory)就发现了一些根据,这些根据标明,一些彗星上的水分中,氢原子和氘原子(氢的一种较重的同位素)的份额和地球海洋中的相同。不过,“罗塞塔”号上的设备将会更详尽地观测彗星的水分和其他物质,比方富含碳元素的有机成分,这些物质或许在生命来源中起到了必定的效果。

“罗塞塔”号和“菲莱”号着陆器也将一同答复另一个问题:彗星是一整块大脏冰,仍是许多小冰块在本身引力下松散地粘合在一同?当“罗塞塔”号和“菲莱”号分处彗星两边时,“罗塞塔”号将向“菲莱”发射一束无线电信号,这束信号将穿过彗星再被“菲莱”号反射回来,整个进程就像医院做CT相同。这一进程将第一次把彗星的内部结构展示给科学家。

不幸的是,67P彗星无法被肉眼看到,彗星和其他柯伊伯带天体也是如此。咱们需求凭借扩大设备才干知道彗星在那里。正因为如此,科学家直到最近才了解到柯伊伯带的存在,并认识到在太阳系的结构和前史上,柯伊伯带或许起到了关键效果。

到2015年年末,得益于10年前发射的这两艘勘探器,咱们将取得史无前例的新见地与新常识。