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人物簡介

杰拉德·彼得·柯(ke)伊伯（Gerard Kuiper，1905年(nian)(nian)12月(yue)7日—1973年(nian)(nian)12月(yue)23日），荷裔美(mei)籍(ji)的天文學家，出生教育都在荷蘭(lan)，他(ta)在1933年(nian)(nian)來到美(mei)國，1937年(nian)(nian)成(cheng)為(wei)美(mei)國公民，是現(xian)代行星天文學之父，他(ta)的同事(shi)和學生都昵稱他(ta)為(wei)“GPK”。

主要作品

提出問題

天文學家杰拉(la)德－柯伊伯，他在(zai)1951年(nian)首先提出(chu)了(le)(le)在(zai)海王星(xing)(xing)(xing)軌道之外可能存(cun)在(zai)一(yi)個由冰物(wu)(wu)質(zhi)運(yun)(yun)行其中的(de)(de)(de)帶狀(zhuang)區域。他認(ren)為只(zhi)(zhi)有(you)(you)如(ru)此才(cai)能解(jie)(jie)釋關于短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)來源之謎(mi)：彗(hui)星(xing)(xing)(xing)每(mei)經過(guo)(guo)太陽(yang)(yang)一(yi)次，都(dou)必(bi)然揮(hui)(hui)發(fa)掉許多(duo)表面物(wu)(wu)質(zhi)，短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)(xing)僅僅只(zhi)(zhi)有(you)(you)幾(ji)年(nian)的(de)(de)(de)周期(qi)(qi)，它(ta)們(men)(men)頻繁(fan)地經過(guo)(guo)太陽(yang)(yang)附近，必(bi)然造成(cheng)(cheng)它(ta)們(men)(men)的(de)(de)(de)壽命不會(hui)超(chao)過(guo)(guo)幾(ji)十萬(wan)年(nian)，相對(dui)于太陽(yang)(yang)系(xi)幾(ji)十億年(nian)的(de)(de)(de)壽命而(er)言(yan)，這只(zhi)(zhi)是短(duan)(duan)短(duan)(duan)的(de)(de)(de)一(yi)瞬，因而(er)如(ru)果過(guo)(guo)去(qu)有(you)(you)過(guo)(guo)這類彗(hui)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)話，它(ta)們(men)(men)應該早就(jiu)(jiu)揮(hui)(hui)發(fa)消亡了(le)(le)，卻仍在(zai)不斷地發(fa)現有(you)(you)新(xin)的(de)(de)(de)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)(xing)。這構成(cheng)(cheng)了(le)(le)一(yi)個難(nan)以(yi)解(jie)(jie)釋的(de)(de)(de)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)(xing)之謎(mi)。柯伊伯提出(chu)的(de)(de)(de)解(jie)(jie)釋是：在(zai)冥王星(xing)(xing)(xing)運(yun)(yun)行的(de)(de)(de)區域中存(cun)在(zai)大(da)量(liang)的(de)(de)(de)暗彗(hui)星(xing)(xing)(xing)物(wu)(wu)質(zhi)圍繞太陽(yang)(yang)運(yun)(yun)動，他們(men)(men)在(zai)太陽(yang)(yang)系(xi)開始形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)時候(hou)就(jiu)(jiu)出(chu)現了(le)(le)，根據柯伊伯的(de)(de)(de)計算，海王星(xing)(xing)(xing)軌道之外的(de)(de)(de)原(yuan)始微粒，難(nan)以(yi)黏結組成(cheng)(cheng)一(yi)個足(zu)夠大(da)的(de)(de)(de)大(da)行星(xing)(xing)(xing)，而(er)是形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)(le)許多(duo)小(xiao)天體。這些(xie)小(xiao)天體偶(ou)爾(er)在(zai)外力作用下脫離了(le)(le)正常軌道而(er)進入內太陽(yang)(yang)系(xi)，就(jiu)(jiu)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)(le)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)(xing)。

驗證理論

“柯伊伯帶”（Kuiper Belt）冥王(wang)星

2001年9月13日:距離(li)地球數十億(yi)公里，遠在海王(wang)星(xing)(xing)軌(gui)道之(zhi)外，是(shi)一個(ge)寒冷(leng)漆黑的(de)(de)荒涼地帶。地球上如(ru)此(ci)明(ming)亮溫暖的(de)(de)太陽，在那里卻僅僅只是(shi)天空中(zhong)一顆最亮的(de)(de)星(xing)(xing)星(xing)(xing)而已。這(zhe)一區域(yu)的(de)(de)溫度如(ru)此(ci)之(zhi)低，以(yi)致(zhi)九大行星(xing)(xing)中(zhong)唯(wei)一位于這(zhe)一區域(yu)的(de)(de)冥(ming)王(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)大氣(qi)都(dou)經常處于凍(dong)結的(de)(de)狀態(tai)。

從地(di)球上觀測這(zhe)些(xie)冥(ming)(ming)(ming)王星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的伴侶們，看起來都象是(shi)黑暗的彗星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。很難準確知道(dao)它們究竟是(shi)由(you)什么組成的，因為它們都為一層黏糊糊的東西(xi)所(suo)覆蓋，可能是(shi)冰塊、巖石和塵(chen)埃(ai)的混合物(wu)。這(zhe)些(xie)天(tian)體大(da)(da)多數與木星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和火星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)之間的小行星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)大(da)(da)小相仿，直徑從幾公里到(dao)幾百公里，另有少數一些(xie)的尺度達到(dao)了冥(ming)(ming)(ming)王星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)（直徑2274公里）的30%－50%，可能遲早有一天(tian)還會發現與冥(ming)(ming)(ming)王星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)一樣(yang)大(da)(da)的天(tian)體。

發現1992QB1天體

天(tian)(tian)文(wen)學家(jia)把(ba)這種天(tian)(tian)體(ti)稱為柯伊伯(bo)帶(dai)天(tian)(tian)體(ti)（KBO天(tian)(tian)體(ti)－－Kuiper Belt Objects），從(cong)20世紀(ji)(ji)30年代(dai)起，一(yi)(yi)些科學家(jia)就預言(yan)在海王星(xing)之(zhi)外(wai)存在著一(yi)(yi)個(ge)(ge)區域，這個(ge)(ge)區域里含有(you)大量的(de)(de)(de)(de)小天(tian)(tian)體(ti)。美國天(tian)(tian)文(wen)學家(jia)杰拉德·柯伊伯(bo)在20世紀(ji)(ji)50年代(dai)提出(chu)這個(ge)(ge)區域是短周期彗(hui)星(xing)的(de)(de)(de)(de)來源。1992年，兩個(ge)(ge)不相信外(wai)太陽系完全為空的(de)(de)(de)(de)天(tian)(tian)文(wen)學家(jia)Dave Jewitt和Jane Luu發現(xian)了第一(yi)(yi)個(ge)(ge)此(ci)類天(tian)(tian)體(ti)。從(cong)1987年開始，他們就在天(tian)(tian)空中搜索海王星(xing)軌(gui)道外(wai)的(de)(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)，經過(guo)整整5年的(de)(de)(de)(de)時間，使用夏威(wei)夷大學的(de)(de)(de)(de)2.2米望遠鏡，終(zhong)于發現(xian)了他們的(de)(de)(de)(de)獵(lie)物一(yi)(yi)個(ge)(ge)距離(li)(li)太陽44天(tian)(tian)文(wen)單位的(de)(de)(de)(de)紅色天(tian)(tian)體(ti)，這一(yi)(yi)距離(li)(li)甚(shen)至比冥(ming)王星(xing)更(geng)遠。它在星(xing)表(biao)中的(de)(de)(de)(de)標準名稱是1992 QB1。

1992QB1。它(ta)(ta)直(zhi)(zhi)徑(jing)250km，距(ju)太陽41～48個(ge)(ge)(ge)(ge)天(tian)(tian)(tian)文單(dan)(dan)位，比冥王(wang)星(xing)還(huan)要遙(yao)遠。這個(ge)(ge)(ge)(ge)發現(xian)(xian)證實：在(zai)海(hai)王(wang)星(xing)的(de)(de)軌道(dao)外，冥王(wang)星(xing)并(bing)不(bu)是唯一(yi)(yi)較大(da)個(ge)(ge)(ge)(ge)頭(tou)的(de)(de)天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)。天(tian)(tian)(tian)文家們意識到，柯(ke)伊(yi)伯帶也許不(bu)僅僅只(zhi)是一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)假設，它(ta)(ta)也許真的(de)(de)存在(zai)著。不(bu)久，人們果(guo)然在(zai)海(hai)王(wang)星(xing)軌道(dao)和距(ju)太陽50個(ge)(ge)(ge)(ge)天(tian)(tian)(tian)文單(dan)(dan)位之間的(de)(de)地方(fang)發現(xian)(xian)了越來(lai)越多(duo)的(de)(de)這類天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)，到1999年(nian)7月(yue)份，這些天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)的(de)(de)數量(liang)已經超(chao)過了170，2001年(nian)達到400多(duo)個(ge)(ge)(ge)(ge)，2005年(nian)突破800個(ge)(ge)(ge)(ge)。但這些還(huan)只(zhi)是冰山的(de)(de)一(yi)(yi)角，科(ke)學家在(zai)2001年(nian)前后的(de)(de)估(gu)計(ji)是，柯(ke)伊(yi)伯帶中直(zhi)(zhi)徑(jing)超(chao)過100km的(de)(de)天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)可能會有(you)70000個(ge)(ge)(ge)(ge)，如果(guo)把它(ta)(ta)們的(de)(de)質量(liang)加在(zai)一(yi)(yi)起，可以組(zu)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)地球(qiu)質量(liang)1/10的(de)(de)大(da)行(xing)星(xing)。然而估(gu)計(ji)是，那里的(de)(de)天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)多(duo)達數十億(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)，其中直(zhi)(zhi)徑(jing)超(chao)過100km的(de)(de)天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)不(bu)少于(yu)35000個(ge)(ge)(ge)(ge)。這些在(zai)柯(ke)伊(yi)伯帶中發現(xian)(xian)的(de)(de)天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)通常被(bei)稱為柯(ke)伊(yi)伯帶天(tian)(tian)(tian)體(ti)(ti)，簡稱KBO。

從地(di)球(qiu)上觀(guan)測，很難準(zhun)確地(di)知道KBO究竟是(shi)由(you)什(shen)么組成的，它們都(dou)為(wei)一層(ceng)黏糊(hu)糊(hu)的東西所覆蓋(gai)，很像是(shi)冰(bing)塊、巖石(shi)和(he)塵(chen)埃的混合物(wu)。有些(xie)KBO并不小，其個(ge)頭接近冥王星(xing)乃至(zhi)超過了冥王星(xing)。

2000年(nian)11月，朱伊(yi)特(te)他們(men)又發(fa)(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)了距離太(tai)(tai)陽43個天(tian)文單位(wei)的(de)瓦(wa)魯(lu)那，它(ta)的(de)直徑為(wei)900km，已接近于最大的(de)小行(xing)(xing)星(xing)(xing)谷神星(xing)(xing)(直徑933km)，只比卡(ka)戎(直徑1200km)略(lve)小一點。當時(shi)一些(xie)科學家便認為(wei)，瓦(wa)魯(lu)那的(de)發(fa)(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)從(cong)某(mou)種程度上印證了冥(ming)(ming)王(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)發(fa)(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)者(zhe)克(ke)萊德(de)(de)·湯博的(de)觀點。克(ke)萊德(de)(de)發(fa)(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)了冥(ming)(ming)王(wang)(wang)星(xing)(xing)后，認為(wei)這一區域還有其他X行(xing)(xing)星(xing)(xing)可(ke)(ke)供發(fa)(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)。北亞利桑那大學的(de)史蒂(di)芬·泰格勒說：“瓦(wa)魯(lu)那的(de)發(fa)(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)說明冥(ming)(ming)王(wang)(wang)星(xing)(xing)并不是唯一的(de)X行(xing)(xing)星(xing)(xing)，可(ke)(ke)能(neng)它(ta)只是幾個X行(xing)(xing)星(xing)(xing)中(zhong)的(de)一個。可(ke)(ke)以想象，比冥(ming)(ming)王(wang)(wang)星(xing)(xing)更(geng)遠(yuan)、更(geng)大的(de)天(tian)體迄今仍然未被發(fa)(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)，原因很有可(ke)(ke)能(neng)是太(tai)(tai)陽的(de)照光(guang)太(tai)(tai)弱或(huo)者(zhe)它(ta)們(men)的(de)表面(mian)太(tai)(tai)暗。”

泰格勒(le)說得(de)沒錯，2001年8月24日(ri)，人們(men)又(you)有了(le)新的(de)重大發現(xian)，它叫(jiao)2001 KX76，是(shi)由美國航天(tian)局(ju)支持的(de)“深度黃道搜索計劃(hua)”發現(xian)的(de)，其大小(xiao)約為1200km，很多報道稱它取代谷神星(xing)(xing)成為最大的(de)小(xiao)行星(xing)(xing)，但(dan)實際上(shang)2001 KX76距離太陽(yang)39個天(tian)文單位，不屬于(yu)小(xiao)行星(xing)(xing)，而是(shi)一顆KBO。

附錄：柯(ke)伊伯(bo)機(ji)載天文臺

柯伊伯機(ji)載(zai)天(tian)文(wen)臺是美國(guo)宇航(hang)局的(de)(de)紅外觀(guan)測(ce)設(she)備，基(ji)地(di)設(she)在位于加州Moffett Field的(de)(de)Ames研究中心。它是一架搭載(zai)在C-141A“運輸星”噴氣(qi)(qi)式運輸機(ji)上的(de)(de)反射望遠鏡(jing)，與探測(ce)氣(qi)(qi)球的(de)(de)大(da)面積(ji)快速巡天(tian)互補，專用于對(dui)天(tian)體的(de)(de)精密觀(guan)測(ce)。為了克服(fu)地(di)球大(da)氣(qi)(qi)層中水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)對(dui)紅外線(xian)(xian)的(de)(de)吸(xi)收，柯伊伯機(ji)載(zai)天(tian)文(wen)臺要飛到(dao)同溫層以上才能(neng)進行觀(guan)測(ce)，這(zhe)里(li)空氣(qi)(qi)稀薄，水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)對(dui)紅外線(xian)(xian)的(de)(de)吸(xi)收幾乎為零。從1974年(nian)春服(fu)役(yi)到(dao)1995年(nian)秋退役(yi)，它工(gong)作(zuo)了21個年(nian)頭，總計(ji)飛行1400余次。

歷史背景

機(ji)載(zai)天文臺概念的(de)(de)(de)(de)提出要歸功于Frank Low等熱終于將科(ke)學儀(yi)器放到高(gao)空的(de)(de)(de)(de)科(ke)學家。由于地基(ji)紅外(wai)觀測的(de)(de)(de)(de)種種不便，再加上(shang)當時的(de)(de)(de)(de)條件限制，發(fa)射探測衛星難度頗大，人們找到了這(zhe)樣一種解(jie)決方法：如果能將儀(yi)器送上(shang)平(ping)流(liu)層(ceng)，那(nei)么就可以大大減(jian)輕(qing)水(shui)(shui)蒸氣(qi)帶來的(de)(de)(de)(de)對紅外(wai)線的(de)(de)(de)(de)吸收，這(zhe)是因為地球上(shang)98%的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)蒸氣(qi)都分布在對流(liu)層(ceng)。

柯(ke)伊(yi)伯機(ji)(ji)(ji)載(zai)(zai)天(tian)文(wen)(wen)(wen)臺的(de)望遠(yuan)鏡(jing)系統由(you)Owens-Illinois公(gong)(gong)司(si)設計，運載(zai)(zai)機(ji)(ji)(ji)則選擇了洛克希德—馬丁公(gong)(gong)司(si)的(de)C-141A戰(zhan)略運輸機(ji)(ji)(ji)，其最大飛行高(gao)度(du)約14000米，空載(zai)(zai)續航(hang)能力超過10000公(gong)(gong)里。這也是世(shi)界上唯一(yi)一(yi)架民用(yong)(yong)C-141A飛機(ji)(ji)(ji)。1973年，洛克希德公(gong)(gong)司(si)安裝了機(ji)(ji)(ji)載(zai)(zai)天(tian)文(wen)(wen)(wen)臺的(de)望遠(yuan)鏡(jing)艙。1974年，機(ji)(ji)(ji)載(zai)(zai)天(tian)文(wen)(wen)(wen)臺投(tou)入(ru)使用(yong)(yong)。1975年5月21日，杰(jie)拉德·柯(ke)伊(yi)伯機(ji)(ji)(ji)載(zai)(zai)天(tian)文(wen)(wen)(wen)臺被正式命名，此時(shi)柯(ke)伊(yi)伯已故(gu)去兩年。

飛行(xing)裝(zhuang)備(bei)---設立柯伊(yi)伯(bo)機載天(tian)文(wen)臺的(de)目的(de)是(shi)(shi)(shi)為了(le)克服(fu)地(di)球大氣層中水蒸氣對紅外線(xian)的(de)吸收(shou)，更好地(di)進行(xing)紅外天(tian)文(wen)觀(guan)(guan)測(ce)(ce)，其工(gong)作(zuo)光譜范圍被安排在1至500微米(mi)。望(wang)遠鏡的(de)光學(xue)系統則采用了(le)傳統的(de)卡(ka)塞(sai)格林式設計，口徑36英寸（91.5厘米(mi)）。望(wang)遠鏡安裝(zhuang)在機身(shen)的(de)左上部，在飛行(xing)員座艙旁(pang)。與一般的(de)紅外望(wang)遠鏡一樣，它(ta)也(ye)設有冷(leng)卻系統，用液氮(dan)或其他低溫液體來保證望(wang)遠鏡本身(shen)的(de)熱量(liang)不會(hui)影響觀(guan)(guan)測(ce)(ce)。探(tan)測(ce)(ce)器(qi)則是(shi)(shi)(shi)可以(yi)拆卸的(de)，每次(ci)飛行(xing)前，天(tian)文(wen)學(xue)家依自己的(de)需要安裝(zhuang)測(ce)(ce)試(shi)不同的(de)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)。望(wang)遠鏡副鏡是(shi)(shi)(shi)振蕩式的(de)，可以(yi)前后(hou)運動(dong)以(yi)改變(bian)觀(guan)(guan)測(ce)(ce)視場(chang)。這是(shi)(shi)(shi)為方便消除(chu)圖象的(de)躁點而設計的(de)。

貢獻影響

在上世紀(ji)40年代，杰拉德·柯(ke)伊(yi)伯（Gerard Kuiper）提(ti)出(chu)一(yi)(yi)個(ge)新的理論，認為冥王(wang)星并不是(shi)一(yi)(yi)個(ge)毫無脈(mo)絡可尋的世界，而是(shi)在一(yi)(yi)個(ge)“區域”內運行的一(yi)(yi)大群物體之中最(zui)亮的一(yi)(yi)個(ge)。此后(hou)，人們將柯(ke)伊(yi)伯理論中提(ti)到的這(zhe)個(ge)“區域”稱為“柯(ke)伊(yi)伯帶(dai)”（Kuiper Belt）。

1965年(nian)，他(ta)利用(yong)NASA的(de)Convair 990飛機(ji)進行了(le)一(yi)次紅(hong)外觀測，探測了(le)金星大氣的(de)成(cheng)分，顯示了(le)機(ji)載(zai)天文臺的(de)巨大潛力(li)。1968年(nian)，Frank Low用(yong)NASA的(de)Ames中心(xin)屬下一(yi)架利爾(er)噴(pen)氣（LearJet）飛機(ji)運(yun)載(zai)了(le)一(yi)架口(kou)徑12英寸的(de)望遠(yuan)鏡，成(cheng)功(gong)測量(liang)了(le)木星和銀(yin)河星云的(de)紅(hong)外亮度。這些(xie)試驗給NASA的(de)科學(xue)家留(liu)下了(le)很深的(de)印象，并最終(zhong)促(cu)成(cheng)了(le)柯(ke)伊(yi)伯(bo)機(ji)載(zai)天文臺的(de)誕(dan)生(sheng)。