在海王星的轨道之外，存在着一个庞大且神秘的区域，充满了古老的天体遗迹、动态的谜团，甚至有可能隐藏着一些未知的行星。这片区域被称为柯伊伯带，位于太阳系边缘，距离太阳大约30到50天文单位（AU），甚至可能更远。自1990年代首次被观测到以来，柯伊伯带一直笼罩在科学家的研究阴影中。
过去30年里，天文学家已成功编录了约4000个柯伊伯带天体（KBO），其中包括矮行星、冰彗星以及早期太阳系的行星残骸。然而，随着技术的进步和更先进望远镜的加入，这一数字预计将在未来几年暴增十倍。尤其是智利的维拉·C·鲁宾天文台，其旗舰项目“遗产时空巡天（LSST）”去年开始运行，将为探索柯伊伯带提供更为精确的观测数据。同时，其他现代天文台如詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）也将在此过程中发挥重要作用。
亚利桑那大学的行星科学教授雷努·马尔霍特拉指出：“除了海王星之外，我们对太阳系内的天体进行的普查还不完全，现有的巡天数据实际上是拼凑起来的，留下了许多潜在的未被发现的天体。”她进一步补充道：“鲁宾天文台的任务将填补我们对太阳系内容的知识空白，极大地推进我们对太阳系的理解。”因此，科学家们正满怀期待地准备迎接这一新前沿的发现，它将为许多悬而未决的问题提供答案：是否有隐藏在这片区域的行星？这片区域究竟延伸至何处？这些遗留的古老天体是否能够揭示出太阳系早期的灾难性事件，无论是源自本土还是星际空间？
柯伊伯带是一个行星遗物的坟场，这些天体碎片可以追溯到大约46亿年前太阳系的诞生阶段。冥王星是柯伊伯带中第一个被发现的天体，比这个区域本身被发现的时间要早了近半个世纪。自那时以来，天文学家们发现了数个矮行星，例如厄里斯和塞德娜，并编录了成千上万个较小的天体。虽然柯伊伯带并非完全静止，但它大致上是一个完好的“时间胶囊”，为我们提供了关于行星形成过程的线索。
例如，柯伊伯带中存在一些奇特的结构，这些结构可能是曾经存在于巨行星之间的冲撞痕迹。其中一个叫做“核”的天体群位于约44天文单位处（1天文单位约为地球到太阳的平均距离）。尽管这个“核”的起源尚未解释清楚，但一种流行的假设认为，海王星在约40多亿年前向外迁移时，拉动了这些天体，造成了它们的分布。天文学家韦斯·弗雷泽解释道：“海王星的迁移过程让这些天体的引力控制被打破，最终它们形成了现在的‘核’结构，就像除雪车抬起积雪一样。”
去年，普林斯顿大学的研究生阿米尔·西拉吉和他的团队使用新开发的算法对柯伊伯带中的1650个KBO进行了分析，结果发现了原始核的存在，同时还发现了位于约43天文单位处的一个新“内核”。尽管该发现还需进一步研究，但这无疑为理解海王星迁移的过程提供了新的线索。
西拉吉解释说：“你可以把这两个天体群看作是位于43和44天文单位的‘双核’，目前我们还不确定它们是否属于同一结构，但这无论如何都能为海王星迁移提供新的视角。”
随着未来几年鲁宾天文台及其他望远镜的数据不断积累，柯伊伯带的这些神秘结构及其形成原因可能将变得更加明朗，这或许能为我们揭示太阳系动荡的早期历史。
此外，天文学家们还在积极寻找可能存在的新行星，最著名的例子就是假想中的“第九行星”或“行星X”，这一假设最早在2016年提出。有些科学家认为，如果这颗未知的行星确实存在，它可能会对柯伊伯带内的天体轨道产生影响。尽管这一行星可能距离柯伊伯带非常远，约数百天文单位，但它仍然吸引着大量的研究兴趣。
西拉吉的团队还推测，可能存在一颗接近水星或火星大小的行星，称为“Y行星”，它可能更接近柯伊伯带，位于约80至200天文单位的距离。如果未来的望远镜能够探测到这一行星，将为我们提供新的信息，尽管这种探测可能会面临巨大的挑战。
弗雷泽表示：“我们对距离太阳这么远的气态巨行星或冰巨行星的表面和大气层一无所知，每次我们观察系外行星时，它们的表现都与我们现有的模型预测大相径庭。”他补充道：“如果我们找到了第九行星，我不会感到惊讶。谁知道，这些天体可能与我们已知的行星如地球、火星或金星有很大不同。”
像鲁宾天文台和JWST这样的现代天文台，或许能够填补我们对柯伊伯带的这些迷人空白，甚至可能揭示隐藏的行星。即便这些望远镜未能找到这些行星，这本身也是一个重要突破。正如马尔霍特拉所说：“如果我们没有发现这些大型天体，这将给我们关于行星形成效率的认识带来重要线索。”
另一个悬而未决的问题是柯伊伯带的边界范围。大约50天文单位处的“柯伊伯悬崖”是一个令人困惑的特征，表明太阳系的碎片带比其他恒星系统要小得多。弗雷泽指出：“柯伊伯悬崖是太阳系碎片盘的明显边界，如果我们能在100天文单位处发现更多的天体，这样太阳系的碎片盘将变得更为常见。”
即使是鲁宾天文台也可能无法揭示远离太阳的小天体，尤其是那些可能代表柯伊伯带外缘的微小天体。随着时间的推移，我们将能得出更加清晰的答案。
如今，天文学家们正在为柯伊伯带的理解翻开新的一章，随着新技术的不断进步，未来我们对这一地区的认识将变得更加深入。虽然尚有许多问题悬而未决，但柯伊伯带所承载的秘密，可能会让我们对太阳系的起源和发展有更加透彻的理解。
本文译自：arstechnica，由olaola编辑发布
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