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人物簡介

杰拉德·彼得·柯伊伯（Gerard Kuiper，1905年12月(yue)(yue)7日(ri)—1973年12月(yue)(yue)23日(ri)），荷(he)裔(yi)美(mei)籍的(de)天文學家，出生教育都在荷(he)蘭，他(ta)(ta)在1933年來(lai)到美(mei)國(guo)，1937年成為美(mei)國(guo)公(gong)民，是現代行(xing)星天文學之(zhi)父，他(ta)(ta)的(de)同事和學生都昵稱他(ta)(ta)為“GPK”。

主要作品

提出問題

天(tian)(tian)文學家(jia)杰拉德(de)－柯伊(yi)伯，他在(zai)(zai)1951年(nian)(nian)首先提出(chu)了在(zai)(zai)海王星(xing)軌道(dao)(dao)之(zhi)(zhi)(zhi)外(wai)可能存(cun)在(zai)(zai)一(yi)個由冰物(wu)質運(yun)行其中(zhong)的(de)(de)帶狀區域(yu)。他認為只有(you)(you)如(ru)此才能解釋(shi)關于(yu)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)(hui)(hui)星(xing)的(de)(de)來(lai)源(yuan)之(zhi)(zhi)(zhi)謎：彗(hui)(hui)(hui)星(xing)每經過(guo)太(tai)陽(yang)一(yi)次，都(dou)必(bi)(bi)然揮(hui)發掉許多(duo)表面物(wu)質，短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)(hui)(hui)星(xing)僅僅只有(you)(you)幾(ji)年(nian)(nian)的(de)(de)周期(qi)(qi)，它們頻繁地經過(guo)太(tai)陽(yang)附近，必(bi)(bi)然造(zao)成(cheng)它們的(de)(de)壽命(ming)不會超過(guo)幾(ji)十萬年(nian)(nian)，相對于(yu)太(tai)陽(yang)系(xi)(xi)幾(ji)十億年(nian)(nian)的(de)(de)壽命(ming)而言，這只是短(duan)(duan)短(duan)(duan)的(de)(de)一(yi)瞬，因而如(ru)果(guo)過(guo)去有(you)(you)過(guo)這類彗(hui)(hui)(hui)星(xing)的(de)(de)話，它們應該早就(jiu)揮(hui)發消亡了，卻仍在(zai)(zai)不斷地發現有(you)(you)新的(de)(de)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)(hui)(hui)星(xing)。這構成(cheng)了一(yi)個難以(yi)解釋(shi)的(de)(de)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)(hui)(hui)星(xing)之(zhi)(zhi)(zhi)謎。柯伊(yi)伯提出(chu)的(de)(de)解釋(shi)是：在(zai)(zai)冥王星(xing)運(yun)行的(de)(de)區域(yu)中(zhong)存(cun)在(zai)(zai)大(da)量的(de)(de)暗彗(hui)(hui)(hui)星(xing)物(wu)質圍繞太(tai)陽(yang)運(yun)動(dong)，他們在(zai)(zai)太(tai)陽(yang)系(xi)(xi)開(kai)始形成(cheng)的(de)(de)時(shi)候就(jiu)出(chu)現了，根據柯伊(yi)伯的(de)(de)計算，海王星(xing)軌道(dao)(dao)之(zhi)(zhi)(zhi)外(wai)的(de)(de)原始微粒，難以(yi)黏(nian)結組成(cheng)一(yi)個足夠大(da)的(de)(de)大(da)行星(xing)，而是形成(cheng)了許多(duo)小天(tian)(tian)體(ti)。這些(xie)小天(tian)(tian)體(ti)偶爾在(zai)(zai)外(wai)力(li)作用下脫離了正常軌道(dao)(dao)而進入內太(tai)陽(yang)系(xi)(xi)，就(jiu)形成(cheng)了短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)(hui)(hui)星(xing)。

驗證理論

“柯伊伯帶”（Kuiper Belt）冥王星

2001年9月13日(ri):距離地(di)球(qiu)(qiu)數十億公里，遠在(zai)海王(wang)星(xing)(xing)軌道之(zhi)外，是一個寒冷(leng)漆黑(hei)的(de)荒涼地(di)帶。地(di)球(qiu)(qiu)上如此明亮溫暖的(de)太(tai)陽，在(zai)那里卻僅僅只是天空中一顆最(zui)亮的(de)星(xing)(xing)星(xing)(xing)而已。這(zhe)(zhe)一區(qu)域(yu)的(de)溫度如此之(zhi)低(di)，以致九大行(xing)星(xing)(xing)中唯一位(wei)于(yu)這(zhe)(zhe)一區(qu)域(yu)的(de)冥王(wang)星(xing)(xing)的(de)大氣都經常(chang)處于(yu)凍結(jie)的(de)狀態(tai)。

從地球上觀測這(zhe)些(xie)(xie)冥(ming)王星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)伴侶們，看起來都象是(shi)黑暗的(de)(de)(de)(de)彗星(xing)(xing)(xing)。很難準確知道它(ta)們究竟(jing)是(shi)由什(shen)么(me)組成的(de)(de)(de)(de)，因為(wei)它(ta)們都為(wei)一層(ceng)黏糊糊的(de)(de)(de)(de)東(dong)西所覆蓋，可(ke)能是(shi)冰塊(kuai)、巖石和(he)塵(chen)埃的(de)(de)(de)(de)混合物。這(zhe)些(xie)(xie)天體(ti)大(da)多數與木星(xing)(xing)(xing)和(he)火(huo)星(xing)(xing)(xing)之間的(de)(de)(de)(de)小(xiao)行星(xing)(xing)(xing)大(da)小(xiao)相仿(fang)，直徑從幾(ji)公里(li)(li)到幾(ji)百公里(li)(li)，另有少數一些(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)尺(chi)度達(da)到了(le)冥(ming)王星(xing)(xing)(xing)（直徑2274公里(li)(li)）的(de)(de)(de)(de)30%－50%，可(ke)能遲早有一天還會發現與冥(ming)王星(xing)(xing)(xing)一樣大(da)的(de)(de)(de)(de)天體(ti)。

發現(xian)1992QB1天體

天(tian)文(wen)學(xue)家(jia)把這(zhe)種天(tian)體(ti)稱為柯(ke)伊(yi)伯帶天(tian)體(ti)（KBO天(tian)體(ti)－－Kuiper Belt Objects），從20世(shi)紀(ji)30年(nian)代起，一(yi)些科學(xue)家(jia)就預言(yan)在(zai)海王(wang)(wang)星之外存在(zai)著一(yi)個(ge)區域，這(zhe)個(ge)區域里含有大(da)量的(de)小天(tian)體(ti)。美國天(tian)文(wen)學(xue)家(jia)杰(jie)拉德·柯(ke)伊(yi)伯在(zai)20世(shi)紀(ji)50年(nian)代提出(chu)這(zhe)個(ge)區域是(shi)短周(zhou)期彗(hui)星的(de)來源。1992年(nian)，兩(liang)個(ge)不(bu)相(xiang)信外太陽系完(wan)全為空的(de)天(tian)文(wen)學(xue)家(jia)Dave Jewitt和Jane Luu發現了第一(yi)個(ge)此類(lei)天(tian)體(ti)。從1987年(nian)開始(shi)，他們就在(zai)天(tian)空中搜索(suo)海王(wang)(wang)星軌道外的(de)天(tian)體(ti)，經過整整5年(nian)的(de)時間，使(shi)用夏威夷大(da)學(xue)的(de)2.2米望遠鏡，終于發現了他們的(de)獵物(wu)一(yi)個(ge)距離(li)(li)太陽44天(tian)文(wen)單(dan)位的(de)紅(hong)色(se)天(tian)體(ti)，這(zhe)一(yi)距離(li)(li)甚至比冥王(wang)(wang)星更遠。它在(zai)星表中的(de)標(biao)準名(ming)稱是(shi)1992 QB1。

1992QB1。它直徑250km，距(ju)太陽41～48個天(tian)文單位，比冥王(wang)(wang)星還要遙(yao)遠。這個發(fa)現(xian)證實(shi)：在(zai)海王(wang)(wang)星的(de)(de)(de)(de)(de)(de)軌(gui)道(dao)外，冥王(wang)(wang)星并不(bu)是(shi)唯一較大個頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)體。天(tian)文家們意識到，柯伊(yi)伯(bo)(bo)帶也許不(bu)僅僅只是(shi)一個假設(she)，它也許真的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)著。不(bu)久(jiu)，人們果(guo)然在(zai)海王(wang)(wang)星軌(gui)道(dao)和距(ju)太陽50個天(tian)文單位之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)地方發(fa)現(xian)了越來越多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)這類天(tian)體，到1999年(nian)7月份，這些(xie)天(tian)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數量已經(jing)超(chao)過(guo)了170，2001年(nian)達到400多(duo)個，2005年(nian)突破800個。但這些(xie)還只是(shi)冰山的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一角，科學(xue)家在(zai)2001年(nian)前后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)估(gu)計(ji)是(shi)，柯伊(yi)伯(bo)(bo)帶中直徑超(chao)過(guo)100km的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)體可能會有70000個，如果(guo)把它們的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量加在(zai)一起(qi)，可以組(zu)成一個地球(qiu)質(zhi)量1/10的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大行星。然而估(gu)計(ji)是(shi)，那里的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)體多(duo)達數十(shi)億個，其(qi)中直徑超(chao)過(guo)100km的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)體不(bu)少(shao)于35000個。這些(xie)在(zai)柯伊(yi)伯(bo)(bo)帶中發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)體通常被(bei)稱(cheng)為柯伊(yi)伯(bo)(bo)帶天(tian)體，簡稱(cheng)KBO。

從地球上觀(guan)測，很難準確地知道KBO究竟是由什(shen)么(me)組成的(de)，它們都為(wei)一層(ceng)黏(nian)糊糊的(de)東西所覆蓋，很像是冰塊(kuai)、巖石和塵埃的(de)混合物(wu)。有些KBO并(bing)不小，其個頭接(jie)近冥王(wang)星(xing)乃(nai)至超過了(le)冥王(wang)星(xing)。

2000年11月(yue)，朱(zhu)伊(yi)特他們又發(fa)現了距離太陽(yang)43個(ge)天文(wen)單位的(de)(de)(de)(de)(de)瓦魯那，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)直徑為(wei)(wei)900km，已(yi)接近于最(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)行(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)谷神星(xing)(xing)(xing)(xing)(直徑933km)，只比卡戎(直徑1200km)略小(xiao)(xiao)一(yi)點。當時一(yi)些科學家便(bian)認為(wei)(wei)，瓦魯那的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)現從某種程度(du)上印證了冥(ming)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)現者克(ke)萊德·湯博的(de)(de)(de)(de)(de)觀點。克(ke)萊德發(fa)現了冥(ming)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)后(hou)，認為(wei)(wei)這(zhe)一(yi)區(qu)域(yu)還(huan)有(you)其他X行(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)可(ke)供(gong)發(fa)現。北亞利(li)桑(sang)那大(da)學的(de)(de)(de)(de)(de)史蒂芬·泰格勒(le)說：“瓦魯那的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)現說明(ming)冥(ming)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)并(bing)不是(shi)唯一(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)X行(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)，可(ke)能它(ta)只是(shi)幾個(ge)X行(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)中的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)。可(ke)以想象，比冥(ming)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)更(geng)遠、更(geng)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)天體迄今仍然未被發(fa)現，原(yuan)因(yin)很(hen)有(you)可(ke)能是(shi)太陽(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)照光太弱或(huo)者它(ta)們的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)太暗。”

泰格勒說得沒錯，2001年8月24日(ri)，人們又(you)有了新的重(zhong)大(da)發現，它叫2001 KX76，是(shi)由美國航天局支持的“深度黃道(dao)搜索(suo)計劃”發現的，其大(da)小(xiao)約為(wei)1200km，很多報道(dao)稱它取代谷(gu)神星成為(wei)最大(da)的小(xiao)行(xing)星，但實際上(shang)2001 KX76距(ju)離太陽(yang)39個天文單位，不屬于(yu)小(xiao)行(xing)星，而是(shi)一顆(ke)KBO。

附錄：柯伊伯機載天文臺

柯(ke)伊(yi)(yi)伯(bo)機(ji)(ji)載天(tian)文(wen)臺(tai)(tai)是(shi)美(mei)國宇航局的(de)(de)(de)紅外(wai)觀測(ce)設備，基地(di)設在位于(yu)加州Moffett Field的(de)(de)(de)Ames研究中心。它是(shi)一架(jia)搭載在C-141A“運(yun)(yun)輸星”噴氣式運(yun)(yun)輸機(ji)(ji)上的(de)(de)(de)反射望遠鏡，與探測(ce)氣球(qiu)的(de)(de)(de)大(da)面(mian)積快速巡天(tian)互補，專用于(yu)對(dui)(dui)天(tian)體的(de)(de)(de)精密觀測(ce)。為了克服(fu)地(di)球(qiu)大(da)氣層中水蒸(zheng)(zheng)氣對(dui)(dui)紅外(wai)線(xian)的(de)(de)(de)吸收，柯(ke)伊(yi)(yi)伯(bo)機(ji)(ji)載天(tian)文(wen)臺(tai)(tai)要飛(fei)(fei)到同溫層以上才能進行(xing)觀測(ce)，這里(li)空氣稀(xi)薄，水蒸(zheng)(zheng)氣對(dui)(dui)紅外(wai)線(xian)的(de)(de)(de)吸收幾乎為零。從1974年(nian)春服(fu)役到1995年(nian)秋退役，它工作了21個年(nian)頭，總(zong)計飛(fei)(fei)行(xing)1400余次。

歷史背景

機載(zai)天文臺概念的(de)(de)(de)(de)提出要歸功(gong)于(yu)Frank Low等熱終于(yu)將(jiang)科學儀器放到高空的(de)(de)(de)(de)科學家(jia)。由于(yu)地(di)基紅(hong)外觀測(ce)的(de)(de)(de)(de)種(zhong)種(zhong)不便，再(zai)加上當時的(de)(de)(de)(de)條件限制，發射探(tan)測(ce)衛星(xing)難(nan)度頗(po)大，人們找到了這(zhe)樣一(yi)種(zhong)解(jie)決方法：如(ru)果能將(jiang)儀器送上平流層，那么就可以大大減輕水蒸氣帶來的(de)(de)(de)(de)對紅(hong)外線的(de)(de)(de)(de)吸收，這(zhe)是(shi)因為地(di)球上98%的(de)(de)(de)(de)水蒸氣都分布在對流層。

柯(ke)(ke)伊(yi)伯機(ji)載(zai)(zai)天(tian)文(wen)臺(tai)的望遠鏡(jing)系統由Owens-Illinois公(gong)司設計，運載(zai)(zai)機(ji)則(ze)選(xuan)擇了洛克(ke)(ke)希德(de)(de)—馬丁公(gong)司的C-141A戰略運輸(shu)機(ji)，其(qi)最大飛行(xing)高度約14000米，空(kong)載(zai)(zai)續航能力(li)超過10000公(gong)里(li)。這(zhe)也是(shi)世界上唯一一架民(min)用C-141A飛機(ji)。1973年(nian)(nian)(nian)，洛克(ke)(ke)希德(de)(de)公(gong)司安(an)裝了機(ji)載(zai)(zai)天(tian)文(wen)臺(tai)的望遠鏡(jing)艙。1974年(nian)(nian)(nian)，機(ji)載(zai)(zai)天(tian)文(wen)臺(tai)投入使用。1975年(nian)(nian)(nian)5月21日，杰(jie)拉德(de)(de)·柯(ke)(ke)伊(yi)伯機(ji)載(zai)(zai)天(tian)文(wen)臺(tai)被(bei)正(zheng)式命名，此時(shi)柯(ke)(ke)伊(yi)伯已故去兩年(nian)(nian)(nian)。

飛(fei)(fei)行(xing)裝(zhuang)備(bei)---設立柯(ke)伊伯(bo)機載天(tian)文臺(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是為了克服地(di)球大(da)氣層中(zhong)水(shui)蒸氣對紅外(wai)線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸收，更好地(di)進行(xing)紅外(wai)天(tian)文觀測(ce)(ce)，其(qi)工作光譜范圍被(bei)安(an)排(pai)在(zai)1至500微(wei)米。望遠鏡(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光學系統(tong)(tong)則采(cai)用(yong)了傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)卡塞(sai)格林式設計(ji)，口(kou)徑36英寸（91.5厘米）。望遠鏡(jing)安(an)裝(zhuang)在(zai)機身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)左上部，在(zai)飛(fei)(fei)行(xing)員座艙旁。與一(yi)(yi)般的(de)(de)(de)(de)(de)(de)紅外(wai)望遠鏡(jing)一(yi)(yi)樣，它(ta)也(ye)設有冷(leng)卻系統(tong)(tong)，用(yong)液氮或其(qi)他(ta)低溫液體來(lai)保證望遠鏡(jing)本身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量不會影響(xiang)觀測(ce)(ce)。探(tan)測(ce)(ce)器則是可(ke)以拆卸(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，每次(ci)飛(fei)(fei)行(xing)前，天(tian)文學家依自己的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需要安(an)裝(zhuang)測(ce)(ce)試不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)探(tan)測(ce)(ce)器。望遠鏡(jing)副鏡(jing)是振蕩式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，可(ke)以前后運動以改變觀測(ce)(ce)視場。這(zhe)是為方便(bian)消除圖象的(de)(de)(de)(de)(de)(de)躁點而設計(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。

貢獻影響

在(zai)上世紀40年代，杰拉德·柯(ke)伊伯（Gerard Kuiper）提出一(yi)(yi)個(ge)(ge)新的(de)理論，認為冥王(wang)星并(bing)不是(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)毫無脈絡可尋(xun)的(de)世界，而是(shi)在(zai)一(yi)(yi)個(ge)(ge)“區(qu)域”內運行的(de)一(yi)(yi)大群物體之中最亮的(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)。此后，人們(men)將柯(ke)伊伯理論中提到的(de)這個(ge)(ge)“區(qu)域”稱為“柯(ke)伊伯帶”（Kuiper Belt）。

1965年(nian)，他利用(yong)NASA的(de)(de)(de)Convair 990飛機(ji)進行了(le)(le)(le)一次紅外(wai)觀測(ce)(ce)，探測(ce)(ce)了(le)(le)(le)金星(xing)(xing)大(da)氣的(de)(de)(de)成分，顯示了(le)(le)(le)機(ji)載天(tian)文臺的(de)(de)(de)巨大(da)潛力(li)。1968年(nian)，Frank Low用(yong)NASA的(de)(de)(de)Ames中心屬下(xia)一架利爾噴氣（LearJet）飛機(ji)運載了(le)(le)(le)一架口徑12英(ying)寸的(de)(de)(de)望(wang)遠鏡，成功測(ce)(ce)量了(le)(le)(le)木(mu)星(xing)(xing)和(he)銀河星(xing)(xing)云的(de)(de)(de)紅外(wai)亮度。這(zhe)些(xie)試驗給(gei)NASA的(de)(de)(de)科(ke)學家留下(xia)了(le)(le)(le)很深(shen)的(de)(de)(de)印象，并最終促成了(le)(le)(le)柯伊伯機(ji)載天(tian)文臺的(de)(de)(de)誕生。