傑拉德·柯伊伯

傑拉德·柯伊伯

1951年,荷蘭美籍天文學家傑拉德·柯伊伯首先提出了一個假設。他認為,在海王星軌道之外可能存在著一個帶狀的區域,那裏有一個彗星的"社區",大量冰狀彗星呈帶狀分布著。它的外邊緣大約延伸到50個天文單位的地方,那些彗星繞著太陽公轉並不斷地進入到太陽系內。柯伊伯還認為,冥王星或許隻是運行在那個區域內一大群物體中最亮的一個,那裏還有其他物體,它們和冥王星一樣,在太陽系形成之時就出現了,但它們暗而小,因此尚未被人類發現。

  • 中文名稱
    傑拉德·柯伊伯
  • 外文名稱
    Gerard Kuiper
  • 別名
    GPK
  • 國籍
    美國
  • 出生地
    荷蘭
  • 出生日期
    1905年12月7日
  • 逝世日期
    1973年12月23日
  • 職業
    天文學家
  • 主要成就
    現代行星天文學之父

基本資料

(圖)傑拉德·柯伊伯(圖)傑拉德·柯伊伯

傑拉德·彼得·柯伊伯(Gerard Kuiper,1905年12月7日—1973年12月23日),荷裔美籍的天文學家,出生教育都在荷蘭,他在1933年來到美國,1937年成為美國公民,是現代行星天文學之父,他的同事和學生都昵稱他為“GPK”。

貢獻

(圖)大行星的原始組成(圖)大行星的原始組成

在上世紀40年代,傑拉德·柯伊伯(Gerard Kuiper)提出一個新的理論,認為冥王星並不是一個毫無脈絡可尋的世界,而是在一個“區域”內運行的一大群物體之中最亮的一個。此後,人們將柯伊伯理論中提到的這個“區域”稱為“柯伊伯帶”(Kuiper Belt)。

1965年,他利用NASA的Convair 990飛機進行了一次紅面板測,探測了金星大氣的成分,顯示了機載天文台的巨大潛力。1968年,Frank Low用NASA的Ames中心屬下一架利爾噴氣(LearJet)飛機運載了一架口徑12英寸的望遠鏡,成功測量了木星和銀河星雲的紅外亮度。這些試驗給NASA的科學家留下了很深的印象,並最終促成了柯伊伯機載天文台的誕生。

提出問題

(圖)傑拉德·柯伊伯(圖)傑拉德·柯伊伯

天文學家傑拉德-柯伊伯,他在1951年首先提出了在海王星軌道之外可能存在一個由冰物質運行其中的帶狀區域。他認為隻有如此才能解釋關于短周期彗星的來源之謎:彗星每經過太陽一次,都必然揮發掉許多表面物質,短周期彗星僅僅隻有幾年的周期,它們頻繁地經過太陽附近,必然造成它們的壽命不會超過幾十萬年,相對于太陽系幾十億年的壽命而言,這隻是短短的一瞬,因而如果過去有過這類彗星的話,它們應該早就揮發消亡了,卻仍在不斷地發現有新的短周期彗星。這構成了一個難以解釋的短周期彗星之謎。

柯伊伯提出的解釋是:在冥王星運行的區域中存在大量的暗彗星物質圍繞太陽運動,他們在太陽系開始形成的時候就出現了,根據柯伊伯的計算,海王星軌道之外的原始微粒,難以黏結組成一個足夠大的大行星,而是形成了許多小天體。這些小天體偶爾在外力作用下脫離了正常軌道而進入內太陽系,就形成了短周期彗星。

驗證理論

(圖)傑拉德·柯伊伯(圖)傑拉德·柯伊伯

“柯伊伯帶”(Kuiper Belt)--冥王星

2001年9月13日: 距離地球數十億公裏,遠在海王星軌道之外,是一個寒冷漆黑的荒涼地帶。地球上如此明亮溫暖的太陽,在那裏卻僅僅隻是天空中一顆最亮的星星而已。這一區域的溫度如此之低,以致九大行星中唯一位于這一區域的冥王星的大氣都經常處于凍結的狀態。

從地球上觀測這些冥王星的伴侶們,看起來都象是黑暗的彗星。很難準確知道它們究竟是由什麽組成的,因為它們都為一層黏糊糊的東西所覆蓋,可能是冰塊、岩石和塵埃的混合物。這些天體大多數與木星和火星之間的小行星大小相仿,直徑從幾公裏到幾百公裏,另有少數一些的尺度達到了冥王星(直徑2274公裏)的30%-50%,可能遲早有一天還會發現與冥王星一樣大的天體。

發現1992QB1天體

天文學家把這種天體稱為柯伊伯帶天體(KBO天體--Kuiper Belt Objects),從20世紀30年代起,一些科學家就預言在海王星之外存在著一個區域,這個區域裏含有大量的小天體。 美國天文學家傑拉德·柯伊伯在20世紀50年代提出這個區域是短周期彗星的來源。1992年,兩個不相信外太陽系完全為空的天文學家 Dave Jewitt 和 Jane Luu發現了第一個此類天體。從1987年開始,他們就在天空中搜尋海王星軌道外的天體,經過整整5年的時間,使用夏威夷大學的2.2米望遠鏡,終于發現了他們的獵物一個距離太陽44天文單位的紅色天體,這一距離甚至比冥王星更遠。它在星表中的標準名稱是1992 QB1。

1992 QB1。它直徑250 km,距太陽41~48個天文單位,比冥王星還要遙遠。這個發現證實:在海王星的軌道外,冥王星並不是唯一較大個頭的天體。天文家們意識到,柯伊伯帶也許不僅僅隻是一個假設,它也許真的存在著。不久,人們果然在海王星軌道和距太陽50 個天文單位之間的地方發現了越來越多的這類天體,到1999年7月份,這些天體的數量已經超過了170,2001年達到400多個,2005年突破800個。但這些還隻是冰山的一角,科學家在2001年前後的估計是,柯伊伯帶中直徑超過 100 km的天體可能會有70 000個,如果把它們的質量加在一起,可以組成一個地球質量1/10的大行星。然而現在的估計是,那裏的天體多達數十億個,其中直徑超過100 km的天體不少于35 000 個。這些在柯伊伯帶中發現的天體通常被稱為柯伊伯帶天體,簡稱KBO。

(圖)傑拉德·柯伊伯(圖)傑拉德·柯伊伯

從地球上觀測,很難準確地知道KBO 究竟是由什麽組成的,它們都為一層黏糊糊的東西所覆蓋,很像是冰塊、岩石和塵埃的混合物。有些KBO並不小,其個頭接近冥王星乃至超過了冥王星。

2000年11月,朱伊特他們又發現了距離太陽43個天文單位的瓦魯那,它的直徑為900 km,已接近于最大的小行星谷神星(直徑933 km),隻比卡戎(直徑 1 200 km)略小一點。當時一些科學家便認為,瓦魯那的發現從某種程度上印證了冥王星的發現者克萊德·湯博的觀點。克萊德發現了冥王星後,認為這一區域還有其他X行星可供發現。北亞利桑那大學的史蒂芬·泰格勒說:“瓦魯那的發現說明冥王星並不是唯一的X行星,可能它隻是幾個X行星中的一個。現在可以想象,比冥王星更遠、更大的天體迄今仍然未被發現,原因很有可能是太陽的照光太弱或者它們的表面太暗。”

泰格勒說得沒錯,2001年8月24 日,人們又有了新的重大發現,它叫2001 KX76,是由美國航天局支持的“深度黃道搜尋計畫”發現的,其大小約為1 200km,很多報道稱它取代谷神星成為最大的小行星,但實際上2001 KX76距離太陽39 個天文單位,不屬于小行星,而是一顆 KBO。

(圖)傑拉德·柯伊伯(圖)傑拉德·柯伊伯

附錄:柯伊伯機載天文台

柯伊伯機載天文台是美國宇航局的紅面板測設備,基地設在位于加州Moffett Field的Ames研究中心。它是一架搭載在C-141A“運輸星”噴氣式運輸機上的反射望遠鏡,與探測氣球的大面積快速巡天互補,專用于對天體的精密觀測。為了克服地球大氣層中水蒸氣對紅外線的吸收,柯伊伯機載天文台要飛到同溫層以上才能進行觀測,這裏空氣稀薄,水蒸氣對紅外線的吸收幾乎為零。從1974年春服役到1995年秋退役,它工作了21個年頭,總計飛行1400餘次。

歷史背景

機載天文台概念的提出要歸功于Frank Low等熱終于將科學儀器放到高空的科學家。由于地基紅面板測的種種不便,再加上當時的條件限製,發射探測衛星難度頗大,人們找到了這樣一種解決方法:如果能將儀器送上平流層,那麽就可以大大減輕水蒸氣帶來的對紅外線的吸收,這是因為地球上98%的水蒸氣都分布在對流層

(圖)傑拉德·柯伊伯(圖)傑拉德·柯伊伯

柯伊伯機載天文台的望遠鏡系統由Owens-Illinois公司設計,運載機則選擇了洛克希德—馬丁公司的C-141A戰略運輸機,其最大飛行高度約14000米,空載續航能力超過10000公裏。這也是世界上唯一一架民用C-141A飛機。1973年,洛克希德公司安裝了機載天文台的望遠鏡艙。1974年,機載天文台投入使用。1975年5月21日,傑拉德·柯伊伯機載天文台被正式命名,此時柯伊伯已故去兩年。

飛行裝備---設立柯伊伯機載天文台的目的是為了克服地球大氣層中水蒸氣對紅外線的吸收,更好地進行紅外天文觀測,其工作光譜範圍被安排在1至500微米。望遠鏡的光學系統則採用了傳統的卡塞格林式設計,口徑36英寸(91.5釐米)。望遠鏡安裝在機身的左上部,在飛行員座艙旁。與一般的紅外望遠鏡一樣,它也設有冷卻系統,用液氮或其他低溫液體來保證望遠鏡本身的熱量不會影響觀測。探測器則是可以拆卸的,每次飛行前,天文學家依自己的需要安裝測試不同的探測器。望遠鏡副鏡是振蕩式的,可以前後運動以改變觀測視場。這是為方便消除圖象的躁點而設計的。

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