主题：【原创】我们的宇宙 -- 边寒剑

保卫西河，人人有责！

我的学问不多，肚里的墨水更是少得可怜，不过对天文学有些爱好。现在就写写一些从课外书里面看的知识吧！

现在的书籍，总是先讲地球，然后月球，接着太阳，后面说行星，然后是银河系等等。我不这么按部就班，只是说说一些相对来说还算新颖的东西吧！

1930年2月18日（罗伯特巴乔的生日），冥王星被CLYDE W.TOMBAUGH无意中发现了。现在的日子是2006年4月15日。七十多年过去了，我们对它的认识，唉，目前只能说前进了几厘米（连旅行者1号和旅行者2号都不拜访的黑暗世界，即使是最大的地基望远镜看上去，它也只是一个无特征的斑点）。

他算是大行星吗？轨道平面斜得一塌糊涂（和别的八大行星共有的平面差了30度）；高度的偏心率（距离太阳从45亿公里到74亿公里）比月亮还小三分之一，更别说和木星四大卫星以及泰坦（土卫六）相比了。也许是那个时候的全世界大危机把人的脑子都给折腾糊涂了，给它安了一个第九大行星的称谓，不过边某从来就不喜欢它！

别看它不招人喜欢，有东西还就喜欢它——卡戎（冥卫一），一个给死神守卫冥河的艄公。原本对一颗孤零零的行星进行天体测量是很难精确的。通过笔尖发现海王星的历程促使人们一直对于海王星的扰动背后的黑手有着极大的期待（预计为地球质量的10倍），等阿冥出现了，如果它具有合理的行星密度，那么数值将只有原来的十分之一。等到上世纪六十年代科学家们改善了天王星轨道和海王星轨道的测定值，阿冥的估计质量又减少了十分之九。现在发现了一颗卫星，通过对它的周期的计算，得出——冥王星的估值又减少了十分之九。唉！阿冥，让我如何去爱你？

卡戎刚发现不久，天文学家们就了解到：冥王星的一年中（248个地球年），地球和冥王星之间的排列使卡戎的轨道有两次是从侧面看去的。在这两次期间，卡戎出现在冥王星的前面和后面的时间间隔为3.2日（卡戎轨道周期的一半）。这个被称为交食，更确切地说，卫凌行星（卡戎在前，类似地球上的日食）和掩食（卡戎在后，类似地球上的月食）。

这个有什么好处呢？多了去了，通过这几次互相掩食的测量，可以大大精确各个测量对象的数据。闲话少说，通过对卡戎阿冥相互掩食的测量发现，冥王星的光谱在0.9微米处的红外波段有一巨大的下落，这是由于冥王星表面的甲烷(CH4)霜吸收红外光引起的（冥王星的甲烷霜是夏威夷大学的DALE P CRUIKSHANK,DAVID D MORRISON和CARL B PILCHER于1976年首次发现的）。但卡戎的光谱却未显示出类似冥王星的特征。在人眼看来，卡戎是平淡地、不鲜明的灰色，冥王星则是微红的。

如此密切相关的两个天体为什么有着不同的表面呢？很可能卡戎的重力太弱以至于不能束缚住甲烷，甲烷离开卡戎后，下面的致密水冰层就显露出来了；冥王星呢，引力强一些，因此还是甲烷覆盖着！

通过这次交食测量，得到冥王星直径为2300公里，卡戎为1186公里（误差为1%）。总算卡戎争气，给冥王星挣回了一个第一——行星和其相环绕的卫星大小最接近的第一（当然，也可以说冥王星最糗，别人都比自己的卫星大很多，它才刚刚直径比它的卫星大一倍）。

其后几年，通过冥王星对恒星的掩食，显示出冥王星有着一个非常奇怪的大气。它分为两层，上层大气看来是很透明的，可是底层大气却是非常不透明的。冥王星的平均大气压小于地球的十万分之一，除了甲烷之外，它的大气力可能还含有氨、氮、一氧化碳和氧等较重的气体。

冥王星在1989年到达其近日点，当它从近日点后退时，它将越来越冷，或许在20年到40年时期内，大气中的甲烷就可能重新凝结在其表面上，成为新鲜的甲烷雪，覆盖住冥王星，直到下一次冥王星再次接近太阳是为止。

普通人的概念里，太阳系也就是中止于已知的最遥远行星——冥王星。错啦，太小看太阳的能力啦。实际上它的势力（也就是引力作用的范围）比冥王星所在的位置还要远3000倍，确切地说就是到最近恒星（半人马座比邻星）距离的中途。这里也不是空无一物的，填满它的就是传说中的物质——奥尔特云。

奥尔特云是一个巨大而寒冷的区域，专门收容那些从太阳系内部帝国中被驱逐出去的流放者，中央政府对它只有很微弱的影响力。中午时分的典型温度为绝对零度之上4度。在这里，太阳仍然是天空里最亮的恒星，不过它的亮度也不过相当于夜间我们在地球上看到的金星的亮度。

我们从没有看过见它——奥尔特云，不过恐怕你也从来没有看见过电子吧？观测到的物理效应能推断出它的存在，这些效应就是长周期彗星（绕太阳周期在200年以上的）不断深入到行星系统中。奥尔特云回答了一个古人就很困惑的问题——那些讨厌的扫帚星是何方神圣？它来自哪里？

公元前四世纪，小亚（亚里士多德）猜测彗星是地球大气层高处的发光气体云。但是，在公元一世纪，罗马哲学家SENECA指出，彗星是有着自己路径的穿越时空的天体。他的假说终于有了证明，不过是在15个世纪以后，一个叫TYCHO BRAHE的天文学家比较了欧洲不同地点对于1577年彗星的观测。如果彗星只是近地天体，那从每个观测点看去它的背景恒星应有少许差异，不过他没有发现这种差异，so，BRAHE得出结论：这个扫帚星是比月球要远的！

1705年英国天文学家EDMOND HALLEY（哈雷）整理出了一份24颗彗星的星表，但编写这份星表所倚仗的观测是有很大误差的，因此HALLEY只能把彗星的轨道拼成大致的抛物线，不过他留下了两句话，后来被证明是对的：1、彗星的轨道可能是一些环绕太阳的扁长的椭圆；2、太阳与恒星之间的空间非常广阔，足以让彗星运行，因此彗星的公转周期可以非常长。

以后，对于彗星的研究渐渐步入正轨。天文学家根据彗星围绕太阳的周期把彗星分为两类：200年以上的——长周期彗星；200年以内的——短周期彗星。最近的30年，天文学家又将短周期分为两类：20年以内的——木系彗星，20-200年的——中周期彗星（此区间包括最著名的哈雷彗星，76年）。

不要以为天文学家们是在随意的划分，其实里面的学问大得很：木系彗星都会受到行星中的巨人——木星的强烈影响，并且它们的轨道面都偏离黄道面（八大行星所共有的公转轨道面）不超过40度的范围内。现在普遍的看法认为他们都来自于海王星（注意，是海王星，不是冥王星）外的一个区域——库伊伯带；而中长期彗星则被认为来源于奥尔特云。

20世纪初，天文学家手中有了足够多的长周期彗星样本，可以对它们进行准确的轨道统计分布，这时他们发现了一个问题：所有的密切轨道中（Osculating orbit，指彗星最接近太阳的时候所循的轨道），约有三分之一是双曲线的。它与椭圆轨道不同，它始于星际空间最终亦返回星际空间，而椭圆轨道则被引力约束在太阳上。这种奇异的双曲线轨道促使一部分天文学家猜测：这部分彗星是因为与行星偶然相遇而被行星从星际空间俘获来的。

为了考察这个假说是否站得住脚，天体力学研究人员将彗星按照时间回溯进行外推（也就是积分），结果发现，考虑到行星遥远的引力作用，彗星的密切轨道其实并不是他们的本来轨道。把行星的作用考虑进去后——所有的轨道都成为椭圆了，因此，这三分之一的长周期彗星是太阳系的成员，他们象地球一样频繁的绕着太阳转圈而已。

除去这三分之一，剩下的长周期彗星里面的三分之二，显示着均匀分布的特点。但是，仍然有三分之一的长周期彗星的轨道的轨道能量集中在一个狭窄的尖峰里。这种尖峰意味着其彗星的远日点延伸到及其遥远的地方——2万个天文单位（也就是日地距离的2万倍）或更远。其一次回归年有的竟长达一百万年。

上世纪四十年代，荷兰天文学家ADRIANUS F.VAN WOERKOM证明了，三分之二的均匀分布的彗星可以用行星摄动的引力作用所解释，但是对于那些1百万年的回归周期的彗星，他无能为力，百思不得其解。

这个时候另一位荷兰天文学家JAN H.OORT(奥尔特，大名鼎鼎呀，后面的“坑”里还将提到他的大名)出来了。他详细研究了长周期彗星的计算数据，敏锐地指出这个百万尖峰必定代表着长周期彗星的发源地——一个围绕着行星系统并伸展到距最近恒星距离一半左右的巨大球状云团。

奥尔特证明了这个云团中的彗星受太阳的约束是极为微弱的，以致偶然经过的恒星可以轻易的改变他们的轨道。每一百万年中有十几颗恒星在距太阳1秒差距（206000个天文单位）以内的地方经过，这些密近会合足以扰乱彗星的轨道，使他们的倾角变得无规律并导致一些彗星沿着非常扁长的椭圆轨道不断进入太阳系内部区域。当彗星首次进入太阳系时，行星的引力作用是他们裂开，一些彗星获得能量而另一些彗星失去能量，获得能量的彗星在受到太阳的影响而变成周期彗星，从而成为均匀分布的一类彗星；失去能量的则消失在黑暗的星际空间里。奥尔特称这个分子云是“被恒星的摄动轻轻扰动的花园”

现在天文学家已经意识到，恒星的摄动可不是轻轻滴。大约每3600万年会有一颗恒星在距太阳1万天文单位的距离路过；每4亿年会有一颗恒星在距太阳3000天文单位的距离驻足。他们都将直接穿越太阳的奥尔特云，这样将会强烈的刺激奥尔特云，那个时候，大量的原生态彗星将会进入内太阳系，地球上将会看到美丽的”彗星雨”（不过说实话，我可不希望看见，那将预示着灾难的到来）。

除了偶尔路过的恒星，天文学家还发现了另外两种现象也能干扰奥尔特云：1、如果奥尔特云足够大，它将受到银河系中银盘（银河系的黄道面）潮汐力的作用，并也受到银核的较轻的潮汐力的影响。其产生的力类似于月球对于海水的涨落现象，这样将拉扯奥尔特云并从上面拉出一些原生态彗星从而在太阳引力的影响下进入内太阳系；2、银河系里的巨大分子云。当太阳绕行银河系运动时可能会穿行入一些巨大的分子云中，这些大质量的分子云也会扰动奥尔特云并使其彗星裂出。不过现在已经证明了，相对于太阳系的历史，这种分子云产生的作用和偶尔路过的恒星所产生的作用基本相同。

现在对于奥尔特云，科学家们最关心三个问题：1、奥尔特云的结构是怎样的？2、它里面含有多少颗彗星？3、它里面的彗星最初来自哪里（或者说它是如何形成的）？

1、 天文学家TREMAINE,DUNCAN和QUINN证明了当彗星从奥尔特云进入太阳系时，其轨道倾角是通常不会改变的，并从另一个地方暗示奥尔特云内部可能存在一个较大的核心在逐渐补充外部边缘失去的彗星。

2、 对于它内部存在的彗星数量，这主要取决于从其边缘逃逸出的彗星的速度有多快。通过对大量彗星的统计，大概估计出其内部含有能形成6万亿颗彗星的质量。如果对彗星平均质量的最佳估计——400亿吨成立，那么整个奥尔特云的质量约为地球质量的40倍。

3、 从现有的情况分析，奥尔特云不可能产生于它现在所在的位置。那里的物质太稀少，不可能产生如此多的彗星。最初，OORT猜测，这些物质是由行星系统形成的。他认为在现在的小行星带上产生的物质，但是小行星大部分是岩石结构，而彗星都是一些脏雪球，两者的成分差别很大。事实上，奥尔特猜测的第二年，芝加哥大学的天文学家GERARD P.KUIPER（库伊伯，下篇文章说以他命名的库伊伯带）指出，这些物质最初是在类木行星的区域产生的。这种观点的关键是巨大行星的存在。这些巨行星最初形成以后将大量的彗初物质向外猛推。当原初彗星受到扰动和太阳的吸引而进入内太阳系的时候，这些已经存在的巨型行星又对他们进行吸引并迫使他们成为太阳系内的成员。对于彗星来说，这些巨行星真是“成也萧何，败也萧何”。

这个理论的吸引人处在于如果一个恒星系统存在巨行星的话，那么他们也将有自己的奥尔特云。当两个各自拥有奥尔特云的恒星密近交会时，另一恒星的彗星也将会进入太阳系的轨道并成为太阳系的一分子。研究它的不寻常之处，将会指示出其他的恒星是否有行星存在。不过目前还没有这方面的成功案例，但前景是很吸引人的！

奥尔特云是冰冷和黑暗的，但上面很可能存在着太阳系最初成立时的原始物质。虽然它界定着太阳系的边界，可是距离地球仍然是那么的遥远，有一天人类能够到达那里的话，人类才可以说是真正的飞出了太阳系！