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人物簡介

杰(jie)拉德·彼得(de)·柯(ke)伊伯（Gerard Kuiper，1905年12月(yue)7日—1973年12月(yue)23日），荷裔美籍的天文學(xue)家，出生教育(yu)都在荷蘭，他在1933年來(lai)到美國，1937年成為(wei)(wei)美國公民，是(shi)現代行星(xing)天文學(xue)之(zhi)父，他的同(tong)事和學(xue)生都昵稱他為(wei)(wei)“GPK”。

主要作品

提出問題

天文學家(jia)杰拉德－柯(ke)(ke)伊伯，他在(zai)1951年(nian)首先提出(chu)了(le)(le)在(zai)海(hai)王(wang)星(xing)(xing)軌(gui)(gui)道之外(wai)可能(neng)存(cun)在(zai)一個由冰(bing)物質運行(xing)(xing)其中(zhong)的(de)(de)(de)帶狀區域。他認為只(zhi)有(you)(you)(you)如此才能(neng)解釋(shi)關于短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)來源之謎：彗(hui)星(xing)(xing)每經(jing)過(guo)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)一次，都必然揮發(fa)(fa)掉許(xu)(xu)多表(biao)面物質，短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)僅僅只(zhi)有(you)(you)(you)幾年(nian)的(de)(de)(de)周期(qi)(qi)，它(ta)們(men)頻繁地經(jing)過(guo)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)附(fu)近，必然造成它(ta)們(men)的(de)(de)(de)壽命不(bu)會超過(guo)幾十萬年(nian)，相對(dui)于太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)系幾十億年(nian)的(de)(de)(de)壽命而言，這(zhe)(zhe)只(zhi)是短(duan)(duan)短(duan)(duan)的(de)(de)(de)一瞬(shun)，因而如果過(guo)去有(you)(you)(you)過(guo)這(zhe)(zhe)類彗(hui)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)話，它(ta)們(men)應該早就(jiu)揮發(fa)(fa)消亡了(le)(le)，卻仍在(zai)不(bu)斷地發(fa)(fa)現有(you)(you)(you)新的(de)(de)(de)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)。這(zhe)(zhe)構成了(le)(le)一個難以解釋(shi)的(de)(de)(de)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)之謎。柯(ke)(ke)伊伯提出(chu)的(de)(de)(de)解釋(shi)是：在(zai)冥王(wang)星(xing)(xing)運行(xing)(xing)的(de)(de)(de)區域中(zhong)存(cun)在(zai)大(da)(da)量的(de)(de)(de)暗彗(hui)星(xing)(xing)物質圍繞太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)運動(dong)，他們(men)在(zai)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)系開(kai)始形(xing)成的(de)(de)(de)時候就(jiu)出(chu)現了(le)(le)，根據柯(ke)(ke)伊伯的(de)(de)(de)計算，海(hai)王(wang)星(xing)(xing)軌(gui)(gui)道之外(wai)的(de)(de)(de)原始微粒，難以黏結組成一個足(zu)夠(gou)大(da)(da)的(de)(de)(de)大(da)(da)行(xing)(xing)星(xing)(xing)，而是形(xing)成了(le)(le)許(xu)(xu)多小(xiao)天體。這(zhe)(zhe)些小(xiao)天體偶爾(er)在(zai)外(wai)力(li)作(zuo)用下脫(tuo)離(li)了(le)(le)正(zheng)常軌(gui)(gui)道而進(jin)入內(nei)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)系，就(jiu)形(xing)成了(le)(le)短(duan)(duan)周期(qi)(qi)彗(hui)星(xing)(xing)。

驗證理論

“柯伊伯帶”（Kuiper Belt）冥王星

2001年(nian)9月13日(ri):距離地(di)球數(shu)十(shi)億公里，遠(yuan)在海(hai)王星(xing)軌道之外，是一個寒冷漆黑的荒涼地(di)帶(dai)。地(di)球上如(ru)此明亮溫暖的太陽，在那里卻僅僅只是天空中(zhong)一顆最亮的星(xing)星(xing)而已。這一區域(yu)(yu)的溫度如(ru)此之低，以致九(jiu)大行星(xing)中(zhong)唯一位于這一區域(yu)(yu)的冥王星(xing)的大氣都經常處于凍結的狀態。

從(cong)地球(qiu)上觀測這(zhe)些冥王星(xing)(xing)的(de)(de)伴侶(lv)們，看起來都象是(shi)黑(hei)暗的(de)(de)彗星(xing)(xing)。很難(nan)準確知道它(ta)們究竟是(shi)由什么組成的(de)(de)，因為(wei)它(ta)們都為(wei)一(yi)(yi)層黏(nian)糊(hu)糊(hu)的(de)(de)東西所覆(fu)蓋，可能(neng)是(shi)冰塊、巖石和塵埃的(de)(de)混合物(wu)。這(zhe)些天體大(da)(da)多數與木星(xing)(xing)和火星(xing)(xing)之間(jian)的(de)(de)小行星(xing)(xing)大(da)(da)小相(xiang)仿，直(zhi)徑(jing)從(cong)幾公里到(dao)幾百公里，另有少數一(yi)(yi)些的(de)(de)尺度達(da)到(dao)了冥王星(xing)(xing)（直(zhi)徑(jing)2274公里）的(de)(de)30%－50%，可能(neng)遲早有一(yi)(yi)天還會發現與冥王星(xing)(xing)一(yi)(yi)樣大(da)(da)的(de)(de)天體。

發現(xian)1992QB1天體(ti)

天(tian)(tian)文(wen)學家把這種天(tian)(tian)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)稱為柯伊伯(bo)帶天(tian)(tian)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)（KBO天(tian)(tian)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)－－Kuiper Belt Objects），從(cong)20世(shi)紀30年代(dai)起，一些(xie)科學家就預言在海(hai)王(wang)星(xing)(xing)之外(wai)存在著一個(ge)(ge)區域，這個(ge)(ge)區域里含有大(da)量的(de)小天(tian)(tian)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。美國天(tian)(tian)文(wen)學家杰(jie)拉(la)德·柯伊伯(bo)在20世(shi)紀50年代(dai)提出這個(ge)(ge)區域是(shi)短周期(qi)彗星(xing)(xing)的(de)來源。1992年，兩個(ge)(ge)不相(xiang)信外(wai)太(tai)陽系完全為空的(de)天(tian)(tian)文(wen)學家Dave Jewitt和Jane Luu發現(xian)了第一個(ge)(ge)此類天(tian)(tian)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。從(cong)1987年開始，他們就在天(tian)(tian)空中(zhong)搜索海(hai)王(wang)星(xing)(xing)軌(gui)道外(wai)的(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，經過(guo)整整5年的(de)時間，使用(yong)夏威夷大(da)學的(de)2.2米(mi)望遠鏡，終于發現(xian)了他們的(de)獵物一個(ge)(ge)距離太(tai)陽44天(tian)(tian)文(wen)單位的(de)紅色(se)天(tian)(tian)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，這一距離甚至比冥王(wang)星(xing)(xing)更遠。它在星(xing)(xing)表(biao)中(zhong)的(de)標準名稱是(shi)1992 QB1。

1992QB1。它直(zhi)徑(jing)250km，距太陽(yang)41～48個(ge)(ge)天(tian)(tian)文單(dan)位，比(bi)冥(ming)王(wang)星還要遙遠。這(zhe)個(ge)(ge)發現(xian)證實：在(zai)(zai)(zai)海(hai)王(wang)星的(de)軌(gui)(gui)道(dao)外(wai)，冥(ming)王(wang)星并不(bu)是(shi)(shi)唯一(yi)較(jiao)大(da)個(ge)(ge)頭的(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)。天(tian)(tian)文家們(men)意識到(dao)(dao)(dao)，柯(ke)(ke)伊伯(bo)(bo)帶也許不(bu)僅僅只(zhi)是(shi)(shi)一(yi)個(ge)(ge)假設，它也許真的(de)存在(zai)(zai)(zai)著。不(bu)久，人們(men)果(guo)然(ran)在(zai)(zai)(zai)海(hai)王(wang)星軌(gui)(gui)道(dao)和距太陽(yang)50個(ge)(ge)天(tian)(tian)文單(dan)位之(zhi)間的(de)地方(fang)發現(xian)了越(yue)來越(yue)多(duo)(duo)的(de)這(zhe)類天(tian)(tian)體(ti)(ti)，到(dao)(dao)(dao)1999年7月(yue)份，這(zhe)些天(tian)(tian)體(ti)(ti)的(de)數量(liang)(liang)(liang)已經超(chao)(chao)過了170，2001年達到(dao)(dao)(dao)400多(duo)(duo)個(ge)(ge)，2005年突破800個(ge)(ge)。但這(zhe)些還只(zhi)是(shi)(shi)冰(bing)山(shan)的(de)一(yi)角，科學家在(zai)(zai)(zai)2001年前(qian)后的(de)估(gu)計(ji)是(shi)(shi)，柯(ke)(ke)伊伯(bo)(bo)帶中(zhong)直(zhi)徑(jing)超(chao)(chao)過100km的(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)可能會(hui)有70000個(ge)(ge)，如果(guo)把它們(men)的(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)加在(zai)(zai)(zai)一(yi)起，可以(yi)組(zu)成一(yi)個(ge)(ge)地球質(zhi)量(liang)(liang)(liang)1/10的(de)大(da)行星。然(ran)而估(gu)計(ji)是(shi)(shi)，那里的(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)多(duo)(duo)達數十億個(ge)(ge)，其(qi)中(zhong)直(zhi)徑(jing)超(chao)(chao)過100km的(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)不(bu)少于35000個(ge)(ge)。這(zhe)些在(zai)(zai)(zai)柯(ke)(ke)伊伯(bo)(bo)帶中(zhong)發現(xian)的(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)通常被(bei)稱為柯(ke)(ke)伊伯(bo)(bo)帶天(tian)(tian)體(ti)(ti)，簡稱KBO。

從地(di)球上觀測，很(hen)難(nan)準確地(di)知道KBO究竟(jing)是由什么組(zu)成的，它們都為一層黏糊糊的東西(xi)所覆蓋，很(hen)像是冰塊、巖(yan)石(shi)和塵埃的混合物。有些(xie)KBO并不(bu)小，其個頭(tou)接近冥王星(xing)(xing)乃(nai)至(zhi)超過了冥王星(xing)(xing)。

2000年(nian)11月，朱伊特他們又發(fa)(fa)現了(le)距離太陽(yang)43個天文單(dan)位的(de)(de)(de)(de)(de)(de)瓦(wa)魯那，它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)直徑(jing)為(wei)900km，已接近于最大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)小行(xing)星(xing)谷神星(xing)(直徑(jing)933km)，只比卡戎(rong)(直徑(jing)1200km)略小一點(dian)。當(dang)時一些科學(xue)家便認為(wei)，瓦(wa)魯那的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)現從(cong)某(mou)種程度上印證了(le)冥(ming)王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)現者克(ke)萊德·湯博(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀(guan)點(dian)。克(ke)萊德發(fa)(fa)現了(le)冥(ming)王(wang)星(xing)后，認為(wei)這一區域還(huan)有其(qi)他X行(xing)星(xing)可供發(fa)(fa)現。北亞利桑那大(da)學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)史蒂芬·泰格勒說：“瓦(wa)魯那的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)現說明(ming)冥(ming)王(wang)星(xing)并不是(shi)唯一的(de)(de)(de)(de)(de)(de)X行(xing)星(xing)，可能它只是(shi)幾個X行(xing)星(xing)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一個。可以想象，比冥(ming)王(wang)星(xing)更遠、更大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天體迄(qi)今(jin)仍然未被發(fa)(fa)現，原因很(hen)有可能是(shi)太陽(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)照光(guang)太弱或者它們的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)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)重大發現(xian)，它叫(jiao)2001 KX76，是由(you)美國(guo)航天局(ju)支持(chi)的(de)“深度黃道搜索計劃”發現(xian)的(de)，其大小(xiao)(xiao)約為1200km，很多(duo)報道稱它取代谷神星成為最(zui)大的(de)小(xiao)(xiao)行(xing)星，但實際上2001 KX76距離太陽39個(ge)天文單位，不屬于小(xiao)(xiao)行(xing)星，而(er)是一(yi)顆(ke)KBO。

附(fu)錄：柯伊伯機載(zai)天文臺

柯伊(yi)(yi)伯機(ji)載(zai)天(tian)(tian)文(wen)臺是美國(guo)宇航(hang)局的紅外觀(guan)測(ce)設備，基地(di)設在(zai)位(wei)于加州Moffett Field的Ames研(yan)究中心(xin)。它(ta)是一架(jia)搭載(zai)在(zai)C-141A“運(yun)輸星”噴(pen)氣式運(yun)輸機(ji)上(shang)的反射(she)望遠(yuan)鏡，與探測(ce)氣球(qiu)的大(da)(da)面(mian)積快速巡(xun)天(tian)(tian)互補，專用于對(dui)天(tian)(tian)體的精密觀(guan)測(ce)。為了(le)克服(fu)地(di)球(qiu)大(da)(da)氣層(ceng)中水蒸氣對(dui)紅外線的吸收，柯伊(yi)(yi)伯機(ji)載(zai)天(tian)(tian)文(wen)臺要飛到同溫層(ceng)以上(shang)才能進行(xing)觀(guan)測(ce)，這里空氣稀薄(bo)，水蒸氣對(dui)紅外線的吸收幾乎(hu)為零。從(cong)1974年(nian)春服(fu)役到1995年(nian)秋退役，它(ta)工作了(le)21個年(nian)頭，總計飛行(xing)1400余次(ci)。

歷史背景

機載天文臺(tai)概念的提出要歸(gui)功于(yu)Frank Low等熱(re)終于(yu)將科學(xue)(xue)儀器(qi)放到高空(kong)的科學(xue)(xue)家。由(you)于(yu)地基紅(hong)外觀測(ce)的種(zhong)種(zhong)不便，再加上(shang)當時(shi)的條件限制，發(fa)射(she)探(tan)測(ce)衛星(xing)難(nan)度頗(po)大，人們找到了(le)這(zhe)樣一種(zhong)解決方法(fa)：如果能將儀器(qi)送(song)上(shang)平流層(ceng)，那么就(jiu)可以大大減輕(qing)水蒸(zheng)氣(qi)(qi)帶來的對紅(hong)外線的吸收(shou)，這(zhe)是因為地球上(shang)98%的水蒸(zheng)氣(qi)(qi)都(dou)分(fen)布在(zai)對流層(ceng)。

柯(ke)伊(yi)伯機(ji)載(zai)(zai)天文臺的(de)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)系統由Owens-Illinois公(gong)(gong)司(si)設計，運(yun)載(zai)(zai)機(ji)則選(xuan)擇了洛(luo)(luo)克希(xi)(xi)德(de)—馬丁(ding)公(gong)(gong)司(si)的(de)C-141A戰略(lve)運(yun)輸機(ji)，其(qi)最大(da)飛行高度約(yue)14000米(mi)，空載(zai)(zai)續航(hang)能力超過10000公(gong)(gong)里。這也是世界上唯一(yi)一(yi)架民(min)用C-141A飛機(ji)。1973年(nian)(nian)，洛(luo)(luo)克希(xi)(xi)德(de)公(gong)(gong)司(si)安(an)裝了機(ji)載(zai)(zai)天文臺的(de)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)艙。1974年(nian)(nian)，機(ji)載(zai)(zai)天文臺投入使(shi)用。1975年(nian)(nian)5月21日(ri)，杰拉德(de)·柯(ke)伊(yi)伯機(ji)載(zai)(zai)天文臺被正式命(ming)名，此時柯(ke)伊(yi)伯已故去兩年(nian)(nian)。

飛行(xing)裝備(bei)---設(she)立柯(ke)伊(yi)伯機載天文臺(tai)的(de)目的(de)是(shi)(shi)為(wei)了(le)克服地球(qiu)大氣層中(zhong)水蒸氣對紅外(wai)線的(de)吸收，更好地進行(xing)紅外(wai)天文觀測(ce)，其工(gong)作(zuo)光(guang)譜(pu)范(fan)圍被安排在1至500微米。望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)的(de)光(guang)學(xue)系統(tong)則采用了(le)傳(chuan)統(tong)的(de)卡塞(sai)格林式設(she)計，口徑36英(ying)寸（91.5厘米）。望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)安裝在機身的(de)左上(shang)部，在飛行(xing)員座艙旁。與一(yi)般的(de)紅外(wai)望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)一(yi)樣，它也(ye)設(she)有冷卻系統(tong)，用液氮或(huo)其他低溫液體來保(bao)證望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)本身的(de)熱(re)量不會影(ying)響觀測(ce)。探(tan)測(ce)器則是(shi)(shi)可以拆卸的(de)，每次飛行(xing)前(qian)，天文學(xue)家依自己(ji)的(de)需要安裝測(ce)試(shi)不同的(de)探(tan)測(ce)器。望(wang)遠(yuan)(yuan)鏡(jing)副鏡(jing)是(shi)(shi)振蕩式的(de)，可以前(qian)后運動(dong)以改(gai)變(bian)觀測(ce)視場。這是(shi)(shi)為(wei)方便消除圖象(xiang)的(de)躁點而設(she)計的(de)。

貢獻影響

在上世紀40年代，杰拉(la)德·柯伊伯(bo)(bo)（Gerard Kuiper）提(ti)出一個(ge)(ge)(ge)新的理論(lun)(lun)，認為冥(ming)王(wang)星(xing)并不是(shi)一個(ge)(ge)(ge)毫(hao)無脈絡可尋的世界(jie)，而是(shi)在一個(ge)(ge)(ge)“區域(yu)”內(nei)運行的一大(da)群物體之(zhi)中最亮的一個(ge)(ge)(ge)。此后，人(ren)們將柯伊伯(bo)(bo)理論(lun)(lun)中提(ti)到的這個(ge)(ge)(ge)“區域(yu)”稱為“柯伊伯(bo)(bo)帶(dai)”（Kuiper Belt）。

1965年(nian)，他利用NASA的(de)Convair 990飛(fei)(fei)機進行了(le)(le)一(yi)(yi)次(ci)紅外觀測(ce)，探測(ce)了(le)(le)金星(xing)(xing)大氣的(de)成(cheng)分，顯(xian)示(shi)了(le)(le)機載天(tian)文臺(tai)(tai)的(de)巨大潛力。1968年(nian)，Frank Low用NASA的(de)Ames中心屬下(xia)一(yi)(yi)架利爾噴氣（LearJet）飛(fei)(fei)機運載了(le)(le)一(yi)(yi)架口徑12英(ying)寸的(de)望遠鏡，成(cheng)功測(ce)量了(le)(le)木星(xing)(xing)和(he)銀河星(xing)(xing)云的(de)紅外亮度。這些試驗給NASA的(de)科學家留下(xia)了(le)(le)很(hen)深的(de)印(yin)象(xiang)，并(bing)最終促(cu)成(cheng)了(le)(le)柯(ke)伊(yi)伯(bo)機載天(tian)文臺(tai)(tai)的(de)誕生。