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人物簡介

杰拉德·彼得·柯伊伯（Gerard Kuiper，1905年12月7日(ri)—1973年12月23日(ri)），荷裔美(mei)籍的(de)天文學家，出(chu)生(sheng)教(jiao)育都在荷蘭，他在1933年來(lai)到美(mei)國，1937年成為美(mei)國公(gong)民，是現(xian)代(dai)行星天文學之父，他的(de)同事和學生(sheng)都昵稱他為“GPK”。

主要作品

提出問題

天文學家杰(jie)拉德(de)－柯(ke)伊伯(bo)，他(ta)在(zai)(zai)1951年(nian)首先提出(chu)了在(zai)(zai)海王(wang)星(xing)(xing)(xing)軌道之外可能存在(zai)(zai)一(yi)(yi)個(ge)由冰物質(zhi)運行其(qi)中的(de)(de)帶狀區域。他(ta)認(ren)為只有(you)(you)如此(ci)才(cai)能解釋(shi)關于(yu)短(duan)周(zhou)期(qi)(qi)彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)來源之謎(mi)：彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)每經(jing)過(guo)(guo)太(tai)(tai)陽一(yi)(yi)次，都必(bi)然揮發(fa)(fa)掉許(xu)多表面物質(zhi)，短(duan)周(zhou)期(qi)(qi)彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)僅僅只有(you)(you)幾年(nian)的(de)(de)周(zhou)期(qi)(qi)，它們(men)頻(pin)繁地(di)經(jing)過(guo)(guo)太(tai)(tai)陽附(fu)近，必(bi)然造(zao)成(cheng)(cheng)它們(men)的(de)(de)壽命不(bu)會(hui)超過(guo)(guo)幾十萬(wan)年(nian)，相(xiang)對于(yu)太(tai)(tai)陽系幾十億年(nian)的(de)(de)壽命而言，這只是短(duan)短(duan)的(de)(de)一(yi)(yi)瞬，因而如果過(guo)(guo)去有(you)(you)過(guo)(guo)這類彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)話，它們(men)應該早就(jiu)(jiu)(jiu)揮發(fa)(fa)消亡(wang)了，卻仍(reng)在(zai)(zai)不(bu)斷地(di)發(fa)(fa)現有(you)(you)新的(de)(de)短(duan)周(zhou)期(qi)(qi)彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)。這構成(cheng)(cheng)了一(yi)(yi)個(ge)難以(yi)解釋(shi)的(de)(de)短(duan)周(zhou)期(qi)(qi)彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)之謎(mi)。柯(ke)伊伯(bo)提出(chu)的(de)(de)解釋(shi)是：在(zai)(zai)冥王(wang)星(xing)(xing)(xing)運行的(de)(de)區域中存在(zai)(zai)大(da)量的(de)(de)暗彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)物質(zhi)圍繞太(tai)(tai)陽運動，他(ta)們(men)在(zai)(zai)太(tai)(tai)陽系開始形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)時(shi)候就(jiu)(jiu)(jiu)出(chu)現了，根(gen)據柯(ke)伊伯(bo)的(de)(de)計算，海王(wang)星(xing)(xing)(xing)軌道之外的(de)(de)原始微(wei)粒，難以(yi)黏結(jie)組成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)足夠(gou)大(da)的(de)(de)大(da)行星(xing)(xing)(xing)，而是形(xing)成(cheng)(cheng)了許(xu)多小天體(ti)。這些小天體(ti)偶(ou)爾在(zai)(zai)外力作(zuo)用(yong)下脫離了正常(chang)軌道而進入內(nei)太(tai)(tai)陽系，就(jiu)(jiu)(jiu)形(xing)成(cheng)(cheng)了短(duan)周(zhou)期(qi)(qi)彗(hui)(hui)星(xing)(xing)(xing)。

驗證理論

“柯伊(yi)伯(bo)帶”（Kuiper Belt）冥王星(xing)

2001年9月13日:距離地(di)球(qiu)數十億公(gong)里(li)，遠(yuan)在(zai)海王星軌道之外，是一個寒冷(leng)漆黑的荒涼地(di)帶。地(di)球(qiu)上如此(ci)明亮(liang)溫暖的太(tai)陽，在(zai)那里(li)卻僅僅只是天空中一顆(ke)最(zui)亮(liang)的星星而已(yi)。這(zhe)一區域的溫度如此(ci)之低，以致(zhi)九大行星中唯(wei)一位(wei)于(yu)這(zhe)一區域的冥王星的大氣都(dou)經常處于(yu)凍結的狀態。

從地球上觀測這些冥王星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)伴侶們(men)(men)，看起(qi)來都象是黑暗(an)的(de)(de)(de)(de)彗(hui)星(xing)(xing)。很難準確(que)知道它(ta)們(men)(men)究(jiu)竟是由什(shen)么(me)組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)，因為它(ta)們(men)(men)都為一層黏糊糊的(de)(de)(de)(de)東西所(suo)覆蓋，可能是冰塊、巖石和塵埃的(de)(de)(de)(de)混合(he)物(wu)。這些天體(ti)大(da)多數與(yu)木星(xing)(xing)和火星(xing)(xing)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)小行星(xing)(xing)大(da)小相仿，直徑(jing)從幾公里到(dao)幾百公里，另有少(shao)數一些的(de)(de)(de)(de)尺度達到(dao)了冥王星(xing)(xing)（直徑(jing)2274公里）的(de)(de)(de)(de)30%－50%，可能遲早有一天還(huan)會發現與(yu)冥王星(xing)(xing)一樣大(da)的(de)(de)(de)(de)天體(ti)。

發現(xian)1992QB1天(tian)體(ti)

天(tian)(tian)(tian)文學家把這(zhe)種天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)稱為(wei)柯伊伯帶天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)（KBO天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)－－Kuiper Belt Objects），從20世紀30年(nian)代(dai)起(qi)，一(yi)些科學家就預言在海(hai)王(wang)星(xing)之外存在著一(yi)個(ge)區(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)，這(zhe)個(ge)區(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)里含(han)有大(da)量的(de)(de)(de)小天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)。美國(guo)天(tian)(tian)(tian)文學家杰拉(la)德·柯伊伯在20世紀50年(nian)代(dai)提(ti)出這(zhe)個(ge)區(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)是短周期彗星(xing)的(de)(de)(de)來源。1992年(nian)，兩個(ge)不相信外太陽系完全為(wei)空(kong)的(de)(de)(de)天(tian)(tian)(tian)文學家Dave Jewitt和(he)Jane Luu發(fa)現了(le)第一(yi)個(ge)此類天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)。從1987年(nian)開始，他們就在天(tian)(tian)(tian)空(kong)中(zhong)搜索海(hai)王(wang)星(xing)軌(gui)道外的(de)(de)(de)天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)，經(jing)過整整5年(nian)的(de)(de)(de)時間，使用夏威夷大(da)學的(de)(de)(de)2.2米望遠鏡(jing)，終于發(fa)現了(le)他們的(de)(de)(de)獵物一(yi)個(ge)距離太陽44天(tian)(tian)(tian)文單(dan)位(wei)的(de)(de)(de)紅(hong)色天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)，這(zhe)一(yi)距離甚至比冥(ming)王(wang)星(xing)更遠。它在星(xing)表中(zhong)的(de)(de)(de)標準名稱是1992 QB1。

1992QB1。它直徑250km，距(ju)太陽(yang)41～48個(ge)(ge)天(tian)(tian)文單(dan)位(wei)，比冥(ming)王星還(huan)要遙(yao)遠。這個(ge)(ge)發(fa)現證實(shi)：在(zai)(zai)海(hai)(hai)王星的(de)(de)(de)軌(gui)(gui)道外，冥(ming)王星并不是唯一(yi)較大(da)個(ge)(ge)頭的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)。天(tian)(tian)文家(jia)們(men)意(yi)識到(dao)，柯伊伯(bo)(bo)帶(dai)也許不僅僅只是一(yi)個(ge)(ge)假(jia)設，它也許真的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)著。不久，人(ren)們(men)果然在(zai)(zai)海(hai)(hai)王星軌(gui)(gui)道和距(ju)太陽(yang)50個(ge)(ge)天(tian)(tian)文單(dan)位(wei)之間的(de)(de)(de)地方發(fa)現了越來越多的(de)(de)(de)這類天(tian)(tian)體(ti)(ti)，到(dao)1999年7月份，這些天(tian)(tian)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)數量(liang)已經超(chao)過(guo)(guo)了170，2001年達到(dao)400多個(ge)(ge)，2005年突破800個(ge)(ge)。但這些還(huan)只是冰山的(de)(de)(de)一(yi)角，科(ke)學家(jia)在(zai)(zai)2001年前(qian)后的(de)(de)(de)估計是，柯伊伯(bo)(bo)帶(dai)中直徑超(chao)過(guo)(guo)100km的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)可能(neng)會有70000個(ge)(ge)，如果把它們(men)的(de)(de)(de)質量(liang)加在(zai)(zai)一(yi)起，可以組成一(yi)個(ge)(ge)地球(qiu)質量(liang)1/10的(de)(de)(de)大(da)行星。然而(er)估計是，那里的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)多達數十(shi)億個(ge)(ge)，其中直徑超(chao)過(guo)(guo)100km的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)不少于35000個(ge)(ge)。這些在(zai)(zai)柯伊伯(bo)(bo)帶(dai)中發(fa)現的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)通常被稱為(wei)柯伊伯(bo)(bo)帶(dai)天(tian)(tian)體(ti)(ti)，簡稱KBO。

從(cong)地(di)球(qiu)上觀測，很難準確地(di)知道KBO究竟是由什么組(zu)成的，它們都(dou)為一層黏糊(hu)糊(hu)的東(dong)西所覆(fu)蓋，很像是冰(bing)塊、巖石和(he)塵埃的混合物(wu)。有些(xie)KBO并不小，其個頭接近冥(ming)王星乃至超過(guo)了冥(ming)王星。

2000年11月，朱伊特他們又(you)發現(xian)(xian)(xian)(xian)了距離太陽(yang)(yang)43個(ge)(ge)天文單位(wei)的(de)(de)(de)瓦(wa)魯(lu)那，它的(de)(de)(de)直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)900km，已接近于最大(da)的(de)(de)(de)小行(xing)(xing)星(xing)(xing)谷神星(xing)(xing)(直(zhi)徑933km)，只比卡(ka)戎(rong)(直(zhi)徑1200km)略小一(yi)(yi)點(dian)。當時(shi)一(yi)(yi)些科(ke)學家便(bian)認為(wei)(wei)(wei)，瓦(wa)魯(lu)那的(de)(de)(de)發現(xian)(xian)(xian)(xian)從某(mou)種(zhong)程度上印證了冥王(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)發現(xian)(xian)(xian)(xian)者(zhe)克萊德·湯博的(de)(de)(de)觀點(dian)。克萊德發現(xian)(xian)(xian)(xian)了冥王(wang)星(xing)(xing)后，認為(wei)(wei)(wei)這一(yi)(yi)區域還有其他X行(xing)(xing)星(xing)(xing)可(ke)供發現(xian)(xian)(xian)(xian)。北亞利桑那大(da)學的(de)(de)(de)史蒂芬·泰格勒(le)說：“瓦(wa)魯(lu)那的(de)(de)(de)發現(xian)(xian)(xian)(xian)說明冥王(wang)星(xing)(xing)并不(bu)是(shi)唯一(yi)(yi)的(de)(de)(de)X行(xing)(xing)星(xing)(xing)，可(ke)能(neng)它只是(shi)幾(ji)個(ge)(ge)X行(xing)(xing)星(xing)(xing)中的(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)(ge)。可(ke)以想象，比冥王(wang)星(xing)(xing)更遠、更大(da)的(de)(de)(de)天體迄今仍然未被發現(xian)(xian)(xian)(xian)，原因很有可(ke)能(neng)是(shi)太陽(yang)(yang)的(de)(de)(de)照光太弱或者(zhe)它們的(de)(de)(de)表面太暗。”

泰格勒說得(de)沒錯，2001年8月24日，人們又有了新的(de)(de)重大發現，它叫2001 KX76，是(shi)由美(mei)國航天局支持的(de)(de)“深度黃道搜(sou)索計劃(hua)”發現的(de)(de)，其大小(xiao)(xiao)約為1200km，很(hen)多(duo)報道稱它取代谷神星(xing)成為最大的(de)(de)小(xiao)(xiao)行星(xing)，但實(shi)際上2001 KX76距離太陽39個天文單位，不屬于小(xiao)(xiao)行星(xing)，而(er)是(shi)一顆KBO。

附錄：柯伊伯機載天文臺(tai)

柯伊伯(bo)(bo)機載(zai)天文(wen)臺是(shi)美國宇航局(ju)的(de)紅(hong)外觀(guan)測(ce)設備，基地(di)設在位于加州(zhou)Moffett Field的(de)Ames研究中(zhong)心(xin)。它是(shi)一(yi)架(jia)搭載(zai)在C-141A“運輸星”噴(pen)氣(qi)(qi)式運輸機上的(de)反射望遠鏡，與探測(ce)氣(qi)(qi)球的(de)大面積快速巡天互補，專用于對天體的(de)精密觀(guan)測(ce)。為了克(ke)服地(di)球大氣(qi)(qi)層中(zhong)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)對紅(hong)外線的(de)吸收，柯伊伯(bo)(bo)機載(zai)天文(wen)臺要飛到(dao)同溫層以上才能進行(xing)觀(guan)測(ce)，這里空氣(qi)(qi)稀薄，水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)對紅(hong)外線的(de)吸收幾乎為零。從1974年春服役到(dao)1995年秋(qiu)退(tui)役，它工作了21個(ge)年頭(tou)，總計飛行(xing)1400余次。

歷史背景

機載天文臺概念(nian)的(de)提出要歸功于Frank Low等熱終于將科(ke)學(xue)儀(yi)器放(fang)到高空的(de)科(ke)學(xue)家。由于地(di)基紅(hong)外(wai)觀測的(de)種(zhong)種(zhong)不便，再加上(shang)(shang)當時的(de)條件限制，發射(she)探測衛星難度頗大(da)，人們找到了(le)這樣一種(zhong)解(jie)決方(fang)法：如果能(neng)將儀(yi)器送上(shang)(shang)平流(liu)層，那么就可以大(da)大(da)減輕水蒸氣帶來的(de)對紅(hong)外(wai)線的(de)吸(xi)收，這是因為地(di)球上(shang)(shang)98%的(de)水蒸氣都分(fen)布在對流(liu)層。

柯伊伯(bo)機(ji)載(zai)(zai)天(tian)(tian)文臺(tai)的望(wang)遠鏡系統(tong)由Owens-Illinois公(gong)(gong)(gong)司設計，運(yun)載(zai)(zai)機(ji)則(ze)選擇了(le)(le)洛克希(xi)德—馬丁公(gong)(gong)(gong)司的C-141A戰略運(yun)輸機(ji)，其最大飛行(xing)高度約(yue)14000米，空(kong)載(zai)(zai)續航(hang)能(neng)力超(chao)過10000公(gong)(gong)(gong)里。這也是(shi)世界上唯一一架民用C-141A飛機(ji)。1973年(nian)，洛克希(xi)德公(gong)(gong)(gong)司安裝(zhuang)了(le)(le)機(ji)載(zai)(zai)天(tian)(tian)文臺(tai)的望(wang)遠鏡艙。1974年(nian)，機(ji)載(zai)(zai)天(tian)(tian)文臺(tai)投入使用。1975年(nian)5月21日(ri)，杰拉(la)德·柯伊伯(bo)機(ji)載(zai)(zai)天(tian)(tian)文臺(tai)被(bei)正式命(ming)名，此時柯伊伯(bo)已(yi)故去兩年(nian)。

飛(fei)行(xing)裝備---設立柯伊伯機載天(tian)文臺的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)為了克服地球大氣層中水(shui)蒸氣對(dui)紅外(wai)線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸收(shou)，更好地進行(xing)紅外(wai)天(tian)文觀測(ce)(ce)，其工作光譜范圍(wei)被安排在1至500微米。望(wang)(wang)遠鏡(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光學(xue)系(xi)統則采用(yong)(yong)了傳統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)卡塞格林(lin)式設計(ji)，口徑(jing)36英(ying)寸(cun)（91.5厘米）。望(wang)(wang)遠鏡(jing)安裝在機身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)左上(shang)部，在飛(fei)行(xing)員座艙旁。與一般的(de)(de)(de)(de)(de)(de)紅外(wai)望(wang)(wang)遠鏡(jing)一樣，它(ta)也設有(you)冷卻系(xi)統，用(yong)(yong)液(ye)氮或其他低溫液(ye)體來(lai)保證望(wang)(wang)遠鏡(jing)本(ben)身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱量不(bu)會(hui)影響觀測(ce)(ce)。探測(ce)(ce)器(qi)則是(shi)可(ke)以(yi)拆(chai)卸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，每(mei)次飛(fei)行(xing)前(qian)(qian)，天(tian)文學(xue)家依自己的(de)(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)要安裝測(ce)(ce)試不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)探測(ce)(ce)器(qi)。望(wang)(wang)遠鏡(jing)副(fu)鏡(jing)是(shi)振蕩式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，可(ke)以(yi)前(qian)(qian)后運動以(yi)改變觀測(ce)(ce)視場。這(zhe)是(shi)為方便(bian)消除(chu)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

在上世紀40年(nian)代，杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper）提(ti)出一(yi)(yi)個(ge)新的(de)理(li)論，認為(wei)冥王星并不是(shi)一(yi)(yi)個(ge)毫無脈絡可尋的(de)世界，而是(shi)在一(yi)(yi)個(ge)“區(qu)域(yu)”內運行(xing)的(de)一(yi)(yi)大(da)群物體之中最(zui)亮的(de)一(yi)(yi)個(ge)。此后，人們將柯伊伯理(li)論中提(ti)到的(de)這(zhe)個(ge)“區(qu)域(yu)”稱(cheng)為(wei)“柯伊伯帶”（Kuiper Belt）。

1965年(nian)，他(ta)利(li)用(yong)NASA的(de)(de)(de)(de)Convair 990飛(fei)機進行(xing)了(le)(le)(le)一次紅外觀測，探測了(le)(le)(le)金星大氣(qi)的(de)(de)(de)(de)成分，顯示了(le)(le)(le)機載天文(wen)臺(tai)的(de)(de)(de)(de)巨大潛力。1968年(nian)，Frank Low用(yong)NASA的(de)(de)(de)(de)Ames中心(xin)屬下一架(jia)利(li)爾噴(pen)氣(qi)（LearJet）飛(fei)機運載了(le)(le)(le)一架(jia)口徑12英(ying)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)望遠(yuan)鏡，成功測量了(le)(le)(le)木星和銀河星云的(de)(de)(de)(de)紅外亮(liang)度。這些試驗給NASA的(de)(de)(de)(de)科(ke)學家留下了(le)(le)(le)很深的(de)(de)(de)(de)印象，并(bing)最終促成了(le)(le)(le)柯伊伯機載天文(wen)臺(tai)的(de)(de)(de)(de)誕生。