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宇宙 —— 太陽家門院牆深!/ Oort Cloud /
2019/10/05 14:50:58瀏覽446|回應0|推薦14

  

「迄今,奧爾特雲的存在性並未得到完全地証實,所有關於該天體的數據與範圍仍屬於推論。然而與一般推論所不同地在於這些推論已經為天文界普遍接受;至於何時能夠真正地成爲經過確切証實的理論,那大概還得走上好長好長的一段路了。」 

 

   奧爾特雲(Oort Cloud)  

 

奧爾特雲是一個包圍著太陽系的球體雲團。對於奧爾特雲的成因,天文學家目前認為它是50億年前形成太陽及其行星的星體之殘餘物質。在此“雲層”裏布滿著不少不活躍的彗星,而其距離太陽最近處在2,000~5,000AU,最遠處距離約為100,000~200,000AU。

太陽系行星區、柯伊柏帶與奧爾特雲(請注意此圖的XYZ軸比例尺是以對數10倍為間隔)

由於數量眾多,在所有的示意圖中奧爾特雲被畫得像一個真正的雲團一樣,但事實上,奧爾特雲中兩個相鄰小天體之間的平均距離約有幾千萬公里,是太陽系中天體分佈最為稀疏的區域之一。

 

 

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奧爾特雲

要談奧爾特雲就一定要先知道彗星是何物。 

長久以來,彗星帶著長長的尾巴,來也匆匆,去也匆匆;就似當太陽為旅途的繞行點,離開之後不留下任何痕跡!

有的還好,去個多少年,不時還轉回來看看;就拿哈雷彗星來説,每隔76年它還曉得跟老爺爺問候一下。有的可就沒法兒說了:一待轉了個身,尾巴一掃,它就不見了。十年?百年?可能千年都沒影,一直要到上萬年後,可能才見它又迆迆而來!

 

那麽它們到底是何方“小子”?——「呵呵,不要看我,不是說我!」

 

彗星應該是太陽系的早期產物,每次接近太陽時都要被蒸發而損失大量質量,甚至數千年後哈雷彗星都會因此消失。如今都已經過去了幾十億年,照理說那些幾十甚至幾百年公轉一周的彗星應該早已被蒸發而消失殆盡,但是幾千年來,人類依然在不停地發現彗星來訪內層太陽系的芳蹤。

那麽這些彗星從哪兒來呢?這真是一個謎。 

 

依據彗星的運轉週期可分為兩類:短週期彗星與長週期彗星。

短週期彗星的軌道較小,大小在10 AU 的數量級以下,繞日周期在200年之内;並和各大行星的軌道一樣與黃道處於同一平面。(數量級:即10的冪次方)

衆所周知的哈雷彗星即屬此類,目前這類彗星已被歸屬於來自柯伊柏帶。 

 

長週期彗星的軌道都非常大,大小可超過1000 AU 的數量級,繞日周期在200年以上;且來自於各個方向,不局限於黃道平面上。

  

關于彗星起源的問題,可以說是眾說紛紜,到如今還沒有一個比較一致的意見。天文學者在研究彗星來源時,目前僅能對彗星軌道進行統計分析,看看它們在受大行星引力攝動前的軌道是什麽樣子,從中來尋找規律。

 

1932年愛沙尼亞的天文學家奧匹克(Ernst Julius Öpik)曾提出彗星是來自太陽系外層邊緣的雲團。

但在1950年,荷蘭天文學者奧爾特(Jan Hendrick Oort) 便指出這個推論有矛盾的地方:即一個彗星如果不停繞行太陽系,可是由於其組成成份揮發性高,所以彗星每次接近太陽時,來自太陽的輻射都會使彗星物質漸漸揮發出去,直到彗星解體或是形成一保護性殼層,但是其生命周期決不會如太陽系的年齡長。

此外該雲團所受的太陽輻射較弱,非常穩定,存在數百萬顆以上的彗星核,因此可以不停產生新彗星取代被摧毀的。

 

歸納而言,大致有如下之各家之論。

第一種“噴發說”認為,太陽系天體上的火山爆發把大量物質拋向太空中,彗星就是由這些物質形成。

第二種“碰撞說”則認為,在很遙遠的年代,太陽系裏的某兩個天體互相碰撞,由此產生的大量碎塊物質,形成了太陽系中的彗星。

 

第三種就是所謂的“原雲假說”。

原雲假說者觀察到長周期彗星橢圓軌道的遠日點很多都是在30,000~100,000 AU 之間,故推論在那個距離應有一個各向分布均勻的球形雲團,作為這些彗星的發源地。

奧爾特於是對41顆長周期彗星的原始軌道進行統計後認為,在冥王星軌道外面存在著一個碩大無比的“原雲團”,太陽系裏所有的彗星都來自這個雲團。

據奧爾特估計,彗星雲這個包層中可能存在多達1000億顆(現今認爲可能有上兆顆)彗星。之後天文學者該彗星雲特稱奧爾特雲。

 

如今一般把奧爾特雲的距離定在約150,000 AU 處,大體上是冥王星距離的4000倍,相當於2光年。這裏的彗星繞太陽一周可能要花上百萬年,只有當它們跑到離太陽僅幾億公里遠時,才能被人們看到。它們絕大部分時間都隱身在太陽系遙遠遙遠的邊疆雲狀區域。

該等彗星雲離太陽如此遙遠,在其位置是幾乎看不到太陽的,太陽真的成了“天外一顆小星星”;但此彗星雲離其他恆星較太陽則是更遠,所以這兒的彗星雲得不到任何恆星的光和熱,就似一座“超大冰庫”。

 

彗星就來自這座超大冰庫,而每顆彗星就是大大小小的冰塊,由大量的冰物質和塵埃混合而成的,大的直徑超過10公里。冰物質中除大部分是水冰之外,還有一氧化碳冰、二氧化碳冰(乾冰)、氨冰和甲烷冰等。因冰物質中混有大量的塵埃物質,所以這些冰塊看上去是灰黑色的。

由于從太陽鄰近區域路過的恆星對原始彗星的擾動,質量小的彗星可能離開彗星雲,或往太陽系外逸出,或朝太陽系內部投入飛奔。

彗星在向太陽進發時是沿著雙曲線或拋物線軌道的,經過成千上萬年的長途跋涉,一些彗星與大行星相遇時軌道受到攝動,變成橢圓形軌道,開始在太陽系“安家落戶”,由非周期(長周期)彗星變成新的周期(短周期)彗星,。

 

上述奧爾特的理論建立于對彗星的多年觀察之上,藉由已被觀測到彗星出現的時間間隔可以計算出大多數彗星都有很長的環形運動軌跡。

 

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在1980年代初,研究者們開始修正奧爾特的理論。根據他們的理解,奧爾特雲浮遊在太陽系邊緣,極易受附近恆星引力作用的影響。

 

如今奧爾特雲最廣為人們接受的假設:

奧爾特雲天體其實是在比柯伊柏帶更接近太陽的地區形成的,與其它行星及小行星相似。但是由于它們經常被大行星的引力影響,及後被仍年輕的大型氣體行星,諸如木星等天體的強大引力將之逐出太陽系內部,使它們擁有極為橢圓或拋物線狀的軌道,散布于太陽系的最外層。

距離木星較近的天體任意散布于接近黃道面的盤狀區中,形成柯伊柏帶。

距離更遠的天體則軌道會偏離黃道面,加之又被附近的恆星攝動,並逐漸形成圓球狀的形態,長期處于太陽系的邊遠位置。

所以簡言之:奧爾特雲應該是50億年前形成太陽及其行星的散離天體之殘餘物質,並包圍著太陽系。 

 

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以分佈的範圍而言。奧爾特雲大致可分為:

内奧爾特雲:為距日半徑 2,000~20,000 AU(0.03~0.32光年)的環形星盤;

外奧爾特雲:為距日半徑 50,000~200,000 AU(0.8~3.2光年)的球形厚殼,一般直接稱爲『奧爾特雲』。

内奧爾特雲(Inner Oort Cloud),又稱『希爾斯雲』(Hills Cloud)。

在1981年,美國天文學者傑克·希爾斯提出在奧爾特雲內側存在一個能產生彗星的區域,這就是今天所說的「内奧爾特雲」或「希爾斯雲」區域。根據推測,內部的彗核是奧爾特雲的數十甚至數百倍,這一區域甚至可能是太陽系中彗星最密集的區域。内奧爾特雲內的天體會源源不斷地進入奧爾特雲外側,補充奧爾特雲的質量,成爲長周期彗星的補充源。推測這也很可能是雖然奧爾特雲內一直有天體離開,卻能一直維持存在的原因。

内奧爾特雲可以產生大量進入太陽系中心的彗星雨,來自内奧爾特雲區域的彗星甚至有可能曾撞擊地球,造成過地球上的生物大滅絕。

内奧爾特雲區域受到太陽影響較少,因此很可能較好維持了45億年前太陽系形成時的環境。因為内奧爾特雲受到的太陽引力作用比奧爾特雲外側更強,内奧爾特雲得以保持圓盤狀,而不是像奧爾特雲外側那樣呈球殼狀。

 

內奧爾特雲與外奧爾特雲(本圖非比例,另柯伊柏帶已略去)

  

有些天文學者更認為太陽系之外其他恆星(比鄰星系)也會有其本身的奧爾特雲存在,又如果兩顆距離近的恆星,其『奧爾特雲』會出現重疊,導致彗星走進另一恆星的“太陽系”內部。

預計在1000萬年以內,最有可能攝動太陽系奧爾特雲的恆星是 Gliese710。

Gliese710 距離地球63光年。它之引人注意,是因為其透過“固有運動”,朝著地球方向逐漸移近;根據Hipparcos衛星最新傳回的資料,它可能會於140萬年內進入與地球1.1光年(70,000 AU)的範圍內。在最近距離時,現在這顆裸視不可見的暗星(9.69星等)將會成為0.6星等亮星——星等數字越小,其亮度越高。 

藍色綫條為 Gliese710 的計算移動位置,它將在136萬年後切入奧爾特雲之内。屆時,其對内太陽系的直接影響程度遠不及外太陽系的諸 NTOs 受到擾動所造成的連鎖反應為重。用白話的説法就是 Gliese 710 不會和太陽相撞,但它的強大引力將攝動奧特雲,使大量的彗星進入內太陽系,增加與地球及其它星體發生撞擊的機會。

在 Gliese710 更右方的曲綫分別為其它的比鄰星體估計移動位置,顯示的數字乃未來其最接近太陽系時間。

這是 Gliese710 約略的近日距離。(中間標示了旅行者1號探測器的現今位置,此外本圖略去天王星與海王星的標示。) 

 

迄今在所有已被探測到的TNO星體,只有2003年發現的塞德娜小行星(2003VB12,編號90377)被認為可能是奧爾特雲的天體,其軌道介乎76~942 AU 之間,比預計的軌道接近太陽,有可能來自奧爾特雲內層。如果推測正確,那麽奧爾特雲的距離一定比估計的接近太陽,密度也會較高。

塞德娜被認爲是奧爾特雲的星體

赤道直徑:1250~1800 公里

近日點:76 AU

遠日點:942 AU 

在2009年時Sedna與太陽的距離大約是88 AU。塞德娜的公轉週期約為11,400年,會在2075年末至2076年中之間通過近日點,而塞德娜也會在2114年追過鬩神星,成為距離太陽最遠的球狀天體。  

 

本圖顯示了近10數年來所觀測到的 NTOs 周期軌道圖,根據計算它們的軌道皆遠大於柯伊柏帶的距日半徑,如此應皆可視爲内奧特雲的天體。塞德娜位于中央的粉色軌道,將此圖的軌道尺寸與上方的四格圖之左下格比較,可以看出各 NTO 的分佈差別。

Zoom-in。看看天王星Uranus海王星Neptune冥王星Pluto,與塞德娜Sedna(2003VB12各個軌道位置。本圖可以看出在2075/2076年塞德娜的近日點位置。  

 

 

( 知識學習科學百科 )
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引用
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