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天文学小贴士什么是奥尔特云

数千年来,天文学家观察到无数彗星掠过地球并照亮了夜空。 这些观察也引发了很多思考。 例如,彗星从哪里来? 由于彗星的表面物质在接近太阳时会蒸发(从而赋予它们华丽的光晕),因此彗星一定是在很远的地方形成的,并在那里度过了大部分生命。

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奥尔特云的假想图像(来源:Steemit)

随着时间的推移,这些观察结果得出了这样的理论:在太阳和行星之外,存在着一大片由冰物质和岩石组成的云,大多数彗星都来自其中。 这种“奥尔特云”(以该理论创始人的名字命名)的存在仍未得到证实。 但天文学家已经从据信来自那里的长周期和短周期彗星中了解了很多关于它的结构和成分的信息。

定义:

奥尔特云是理论上的球形云,主要由冰星子组成。 据信,围绕太阳的距离可达约10万天文单位(2光年)。 这个距离表明奥尔特云位于星际空间,位于太阳系边界的日光层之外,几乎不受太阳引力的影响。

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位于日光层边缘的奥尔特云位置图

与柯伊伯带和散盘一样,奥尔特云也是海王星外天体的聚集地,但它距离太阳的距离比柯伊伯带和散盘要远数千倍。 冰冷的小行星云首先由爱沙尼亚天文学家恩斯特·奥皮克提出,他推测长周期彗星诞生于这片在太阳系外运行的云中。

1950年,扬·奥尔特重新发明了这个概念,并独立假设了奥尔特云的存在如何解释长周期彗星的行为。 尽管没有人直接观察或证实奥尔特云,但它的存在已得到科学界的广泛认可。

结构及组成:

奥尔特云被认为从距太阳 2,000 至 5,000 个天文单位(0.03 至 0.08 光年)延伸至距太阳 50,000 个天文单位(0.79 光年),但有人估计其外缘距太阳可达 100,000 米。 至 200,000 天文单位(1.58 至 3.16 光年)。 奥尔特云由两个区域组成:球形外奥尔特云,范围为 20,000 至 50,000 个天文单位(0.32 至 0.79 光年),以及盘形内部区域,范围为 2,000 至 20,000 个天文单位(0.03 至 0.32 光年)。 奥尔特云(也称为希尔云)。

外奥尔特云可能包含数万亿个直径大于1公里的物体和数十亿个直径大于20公里的物体。 它的重量仍然未知,但想象一下——如果哈雷彗星是外奥尔特云天体的典型代表,那么外奥尔特云的总质量将约为3×1025千克,即五个地球质量。

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天文学中著名的哈雷彗星(来源:维基百科)

根据对观测到的彗星的分析,绝大多数奥尔特云天体由冰冷的挥发物组成,如甲烷、乙烷、一氧化碳、氰化氢和氨。 据信起源于奥尔特云的小行星的出现也刺激了理论研究——奥尔特云物体中有 1-2% 是小行星。

早期的猜测表明,奥尔特云外层的质量为380个地球质量,但对长周期彗星尺寸分布的进一步了解,大大降低了奥尔特云的估计质量。 然而,奥尔特云内部的质量仍有待验证。 柯伊伯带和奥尔特云都是海外天体,因为它们的轨道比海王星更远。

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理论上,被称为奥尔特云的彗星带环绕太阳系(图片来源:NASA/JPL)

起源:

奥尔特云被认为是大约 46 亿年前围绕太阳形成的原行星盘的残余物。 最广泛接受的假设是,奥尔特云物体最初距离太阳较近,因为它们是在与太阳系中的行星相同的过程中形成的; 然而,奥尔特云天体对木星等年轻的气态巨行星有引力作用。 向下,它被弹射到一个极长的椭圆形或抛物线轨道上,变成了现在的样子。

美国宇航局最近的研究表明,许多奥尔特云物体是由太阳及其姐妹恒星在形成和分离过程中的物质交换而产生的。 这也表明,许多甚至大部分奥尔特云天体并不是在太阳周围形成的。

蔚蓝海岸天文台的亚历山德罗·莫比德利(Alessandro Morbidelli)模拟了奥尔特云从诞生到现在的演变过程。 模拟实验证实,奥尔特云周围的恒星引力和银河潮汐力将奥尔特云塑造成更像环形的形状。 这解释了为什么外层奥尔特云接近球形,而希尔云(内层奥尔特云)尽管受到太阳引力的影响,仍然远离球形。

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太阳系和奥尔特云的比较。 肖尔茨恒星及其伴星在 7 万年前穿过太阳系的外边界(图片来源:NASA、Michael Osadciw/罗切斯特大学)

最近的研究发现,奥尔特云的形成与“太阳系中200-400颗恒星之间嵌入星团的形成”理论大体一致。 这些早期恒星很可能促成了奥尔特云的形成,因为穿过内部恒星的近距离恒星数量比今天要多得多,导致扰动更加频繁。

彗星:

太阳系中彗星的起源有两个。 彗星诞生于奥尔特云中,数量极小。 当一颗经过的恒星将极少量物质撞出轨道时,这些物质就会进入长期轨道,飞入内太阳系,然后再次飞出。 彗星形成了。

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明亮的短周期彗星 45P(来源:Cometography)

短周期彗星的轨道长达两百年,长周期彗星的轨道可长达一千年。 短周期彗星被认为起源于柯伊伯带和分散盘,而长周期彗星被认为起源于奥尔特云。 但是,此规则也有一些例外。

例如,短周期彗星有两种:木星彗星和哈尔滨彗星。 哈雷彗星因其原型哈雷彗星而得名,非常有特色。 尽管它们是短周期彗星,但人们认为它们起源于奥尔特云。 根据他们的轨道分析,哈族彗星曾经是长周期彗星,但由于气态巨行星的引力而进入太阳系内部。

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彗星绕太阳运行的过程(来源:大气与空间科学实验室/NASA)

探索:

由于奥尔特云比柯伊伯带离太阳更远,因此它的区域仍未被探索和确认。 太空探测器对奥尔特云知之甚少。 即使是航海者一号这个即将离开太阳系的地表速度最快、距离最远的行星探测器,也没有可能为我们提供更多的线索。

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航行者一号(图片来源:天文学杂志)

以航行者一号目前的速度,它将在 300 年后到达奥尔特云,然后花费大约 30,000 年的时间穿越它。 然而,预计到 2025 年,航行者 1 号的放射性热电发电机将不足以为任何科学仪器提供动力。 其他四个离开太阳系的探测器——航海者二号、先锋者十一号和先锋一二号以及新视野号——没有足够的电力支持它们到达奥尔特云。

由于奥尔特云距离地球太远,探索它非常困难。 当机器人探测器真正抵达并开始认真探索该地区时,地球上已经过去了几个世纪。 不仅那些发射探测器的人早已去世,而且那时人类很可能已经发明了更复杂的探测器,甚至可以到达奥尔特云的载人航天器。

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柯伊伯带和奥尔特云的相对位置。 柯伊伯带在左边; 奥尔特云在右侧(来源:欧洲航天局)

尽管如此,研究仍然可以(并且正在进行中)通过检查定期从奥尔特云中喷射出来的彗星。 未来几年,远程天文台很可能会在这个空间区域做出一些有趣的发现。 这是一片大云,如果我们偶尔垂涎它,也许会发现一些意想不到的东西。

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