太阳系边缘的“时间胶囊”

在海王星轨道之外，有一群几乎从未被好好“看”过的天体，它们又小又暗，比肉眼能看到的最暗星星还要暗上一亿倍。

这幅艺术想象图描绘的是一个海外天体，一个在海王星轨道之外围绕太阳运行的微小、暗淡的冰质天体。这些天体如此之小，以至于即使用美国航天局的哈勃和韦布太空望远镜，它们也仅仅呈现为微小的光点。

图源：美国航天局、欧洲航天局、莉亚·胡斯塔克（太空望远镜科学研究所）

最近，NASA的哈勃和韦布两台空间望远镜史上第一次联手，一起盯上了这群“边缘居民”。结果不仅刷新了人类观测到的最小天体记录，还带来了一个意外发现：这些小家伙，似乎完整地保留着太阳系诞生之初的记忆。

什么是“海外天体”？

这些天体有个专业名字，叫“海王星外天体”（Trans-Neptunian Objects，简称TNO），是指轨道在海王星之外、围绕太阳运行的冰冷小天体。它们是太阳系形成早期遗留下来的“建筑材料”，当年一团尘埃和碎石组成的圆盘逐渐聚集成“星子”（planetesimal，城市大小的固态天体），这些星子本该继续碰撞合并、长成行星，但在海王星以外，这个过程被按下了暂停键，于是留下了一整片被“冻结”的原始天体群。

换句话说，研究这些TNO，就像是在翻阅太阳系诞生之初的施工笔记。

哈勃看得清，韦布看得远：强强联合

这次研究由加拿大维多利亚大学和美国北亚利桑那大学的博士生团队分别牵头，两支团队在加拿大国家研究委员会的指导下，对同一片天区进行了“协同观测”：哈勃负责捕捉这些天体反射的可见光，韦布则负责探测它们发出的红外光。两台望远镜各展所长，缺一不可，单靠任何一台，都拿不到这么丰富的信息。

研究团队一口气找到了27个此前从未被记录过的、极其暗淡的TNO，其中最暗的一个，暗到什么程度呢？相当于站在地球上，去看月球表面一小群萤火虫发出的光。而观测到的最小天体，直径只有大约5公里，比地面最强大望远镜的探测极限还要小5倍左右。

“冷”天体与“热”天体：两种不同的身世

科学家把TNO分成两类。一类叫“动力学冷”天体，它们的轨道相对圆、相对平稳，基本还保持着诞生之初的样子；另一类叫“动力学热”天体，它们其实诞生在天王星和海王星之间的区域，后来在太阳系早期行星大迁移的过程中被“甩”到了更远的地方，如今轨道又扁又斜，早已“漂泊”得面目全非。

按常理推测，无论是“冷”还是“热”，这些小天体在漫长岁月里应该经历过不少碰撞，表面成分理应发生变化，看起来应该和那些个头更大的“前辈”天体不太一样。

反直觉的发现：碰撞并没有抹去它们的记忆

如果一个天体被撞得七零八落，你会以为它的表面成分也会随之改变，结果和更大的“兄弟”天体呈现出不同的颜色。所以真正有意思的是，我们看到最小的这些天体竟然在某种程度上‘记住’并保留了它们诞生时的历史。 —— 北亚利桑那大学博士生 Anastasia Morgan

负责色彩与成分研究的Morgan发现，事实完全出乎意料：这些又小又暗的天体，颜色特征居然和它们的大个头“亲戚”几乎一模一样。也就是说，碰撞并没有像预想中那样明显改变它们的表面，原因可能是碰撞次数其实比想象中少，也可能是这些天体有某种机制，始终守护着自己最原始的成分。这背后的机制，研究团队目前仍在探索中。

更耐人寻味的是，就连那些经历过大迁移、轨道被“搅得天翻地覆”的“热”天体，也依然保留着自己出生地的颜色印记。“冷”天体和“热”天体各自的颜色特征，从太阳系诞生至今几乎没怎么变过。

大小分布：不同的出身，相似的“体型”

除了颜色，韦布的数据还让研究人员统计出了不同大小天体的数量分布。结果显示，“冷”天体和“热”天体的整体尺寸分布出乎意料地相似，尽管它们诞生于太阳系的不同区域、经历了截然不同的命运。这似乎说明，星子形成这一过程本身，并不太挑“环境”：不管原始尘埃盘是热还是冷、是致密还是疏松，最终“长”出来的星子大小都差不多。

此外，团队找到的极小天体数量，也比一些行星形成模型预测的要少，这也为未来的理论修正提供了新的线索。

为什么这件事很重要

哈勃望远镜已经服役超过三十年，至今仍在不断刷新人类对宇宙的认知；而韦布望远镜的红外“视力”则填补了哈勃看不到的盲区。这一次的联合观测证明：把两台望远镜的能力叠加起来，能挖出单独使用任何一台都无法获得的信息。

这两项研究成果已于近日发表在《天文学杂志》（The Astronomical Journal）上。对于科学家来说,这批“会记忆”的海外天体，就像一枚枚尘封的时间胶囊，正等着被继续解读，它们保存的，正是45亿年前太阳系还是一团尘埃和碎石时的原始信息。

参考

https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-webb-find-far-out-solar-system-objects-remember-past/