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人物簡介

杰(jie)拉(la)德(de)·彼得·柯伊伯（Gerard Kuiper，1905年(nian)12月(yue)7日(ri)(ri)—1973年(nian)12月(yue)23日(ri)(ri)），荷裔美(mei)籍的天文學家(jia)，出生(sheng)教育(yu)都(dou)在荷蘭，他在1933年(nian)來到美(mei)國(guo)，1937年(nian)成(cheng)為美(mei)國(guo)公民，是現代行星天文學之父，他的同(tong)事和學生(sheng)都(dou)昵稱他為“GPK”。

主要作品

提出問題

天文學家杰拉德－柯伊伯，他(ta)在(zai)(zai)1951年(nian)首先提出了(le)在(zai)(zai)海王星(xing)軌道(dao)之(zhi)外可能存在(zai)(zai)一(yi)個由(you)冰物(wu)質(zhi)運行(xing)(xing)其(qi)中的(de)(de)(de)(de)帶狀區域。他(ta)認為只(zhi)有(you)如此(ci)才能解釋(shi)(shi)(shi)關(guan)于(yu)短(duan)周(zhou)(zhou)期(qi)彗(hui)(hui)星(xing)的(de)(de)(de)(de)來源之(zhi)謎：彗(hui)(hui)星(xing)每(mei)經過太陽(yang)一(yi)次，都必然揮發掉(diao)許多表(biao)面物(wu)質(zhi)，短(duan)周(zhou)(zhou)期(qi)彗(hui)(hui)星(xing)僅(jin)僅(jin)只(zhi)有(you)幾年(nian)的(de)(de)(de)(de)周(zhou)(zhou)期(qi)，它(ta)們頻繁地經過太陽(yang)附近，必然造成(cheng)(cheng)(cheng)它(ta)們的(de)(de)(de)(de)壽命不會(hui)超過幾十萬年(nian)，相對于(yu)太陽(yang)系幾十億年(nian)的(de)(de)(de)(de)壽命而言，這只(zhi)是(shi)短(duan)短(duan)的(de)(de)(de)(de)一(yi)瞬，因(yin)而如果過去有(you)過這類彗(hui)(hui)星(xing)的(de)(de)(de)(de)話，它(ta)們應(ying)該(gai)早就(jiu)(jiu)揮發消亡(wang)了(le)，卻仍在(zai)(zai)不斷地發現(xian)有(you)新的(de)(de)(de)(de)短(duan)周(zhou)(zhou)期(qi)彗(hui)(hui)星(xing)。這構成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)一(yi)個難以解釋(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)短(duan)周(zhou)(zhou)期(qi)彗(hui)(hui)星(xing)之(zhi)謎。柯伊伯提出的(de)(de)(de)(de)解釋(shi)(shi)(shi)是(shi)：在(zai)(zai)冥(ming)王星(xing)運行(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)區域中存在(zai)(zai)大(da)量的(de)(de)(de)(de)暗彗(hui)(hui)星(xing)物(wu)質(zhi)圍繞(rao)太陽(yang)運動，他(ta)們在(zai)(zai)太陽(yang)系開始形成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)時(shi)候就(jiu)(jiu)出現(xian)了(le)，根據柯伊伯的(de)(de)(de)(de)計算，海王星(xing)軌道(dao)之(zhi)外的(de)(de)(de)(de)原始微粒(li)，難以黏(nian)結組成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個足(zu)夠(gou)大(da)的(de)(de)(de)(de)大(da)行(xing)(xing)星(xing)，而是(shi)形成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)許多小天體(ti)。這些小天體(ti)偶爾(er)在(zai)(zai)外力作用下脫離了(le)正常軌道(dao)而進入內太陽(yang)系，就(jiu)(jiu)形成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)短(duan)周(zhou)(zhou)期(qi)彗(hui)(hui)星(xing)。

驗證理論

“柯(ke)伊(yi)伯帶”（Kuiper Belt）冥王星

2001年(nian)9月13日:距離地球數(shu)十億公里(li)，遠在(zai)海王(wang)(wang)星(xing)軌道之外(wai)，是(shi)一(yi)個(ge)寒冷漆(qi)黑的(de)(de)(de)荒涼地帶。地球上如此(ci)明(ming)亮溫暖的(de)(de)(de)太陽(yang)，在(zai)那里(li)卻(que)僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)只是(shi)天(tian)空中(zhong)一(yi)顆最(zui)亮的(de)(de)(de)星(xing)星(xing)而(er)已。這一(yi)區(qu)域的(de)(de)(de)溫度如此(ci)之低，以致(zhi)九大行星(xing)中(zhong)唯(wei)一(yi)位于這一(yi)區(qu)域的(de)(de)(de)冥(ming)王(wang)(wang)星(xing)的(de)(de)(de)大氣都經常處于凍(dong)結的(de)(de)(de)狀(zhuang)態。

從地球上觀測這些冥(ming)(ming)王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)伴侶們，看起來都象是黑暗的(de)(de)(de)(de)彗星(xing)。很難準確知道它們究竟(jing)是由什么組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)，因為它們都為一(yi)(yi)層黏糊糊的(de)(de)(de)(de)東西所覆(fu)蓋，可能是冰塊、巖(yan)石和塵埃的(de)(de)(de)(de)混合物。這些天體大(da)多數(shu)與(yu)木星(xing)和火星(xing)之間的(de)(de)(de)(de)小行星(xing)大(da)小相(xiang)仿(fang)，直(zhi)徑從幾公里(li)到幾百公里(li)，另有少數(shu)一(yi)(yi)些的(de)(de)(de)(de)尺度(du)達到了冥(ming)(ming)王(wang)星(xing)（直(zhi)徑2274公里(li)）的(de)(de)(de)(de)30%－50%，可能遲早有一(yi)(yi)天還(huan)會發現與(yu)冥(ming)(ming)王(wang)星(xing)一(yi)(yi)樣大(da)的(de)(de)(de)(de)天體。

發現(xian)1992QB1天體

天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)文(wen)學(xue)(xue)(xue)家(jia)把(ba)這種天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)體(ti)稱(cheng)為柯伊(yi)(yi)伯帶天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)體(ti)（KBO天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)體(ti)－－Kuiper Belt Objects），從20世(shi)紀(ji)30年代起，一(yi)些(xie)科學(xue)(xue)(xue)家(jia)就預言在(zai)(zai)海(hai)王星(xing)(xing)之外(wai)存在(zai)(zai)著一(yi)個區(qu)(qu)域，這個區(qu)(qu)域里含有大(da)量的(de)小天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)體(ti)。美(mei)國天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)文(wen)學(xue)(xue)(xue)家(jia)杰拉(la)德·柯伊(yi)(yi)伯在(zai)(zai)20世(shi)紀(ji)50年代提出這個區(qu)(qu)域是短(duan)周期彗星(xing)(xing)的(de)來源。1992年，兩個不相信外(wai)太陽(yang)系(xi)完全為空的(de)天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)文(wen)學(xue)(xue)(xue)家(jia)Dave Jewitt和Jane Luu發現了第一(yi)個此類天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)體(ti)。從1987年開始，他們就在(zai)(zai)天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)空中搜索海(hai)王星(xing)(xing)軌道外(wai)的(de)天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)體(ti)，經過整整5年的(de)時間，使用(yong)夏威夷大(da)學(xue)(xue)(xue)的(de)2.2米望遠鏡，終(zhong)于發現了他們的(de)獵物一(yi)個距(ju)離太陽(yang)44天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)文(wen)單(dan)位(wei)的(de)紅色天(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)體(ti)，這一(yi)距(ju)離甚至比冥王星(xing)(xing)更遠。它在(zai)(zai)星(xing)(xing)表(biao)中的(de)標(biao)準名稱(cheng)是1992 QB1。

1992QB1。它(ta)直(zhi)徑250km，距(ju)太陽(yang)41～48個(ge)(ge)天(tian)(tian)文單位，比冥(ming)王(wang)星還要遙(yao)遠。這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)發現(xian)證實：在(zai)海(hai)(hai)王(wang)星的(de)(de)(de)軌道(dao)外，冥(ming)王(wang)星并不(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)唯一(yi)(yi)較大個(ge)(ge)頭的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)。天(tian)(tian)文家們意識到(dao)，柯(ke)伊伯(bo)(bo)(bo)帶(dai)也許(xu)(xu)不(bu)(bu)僅(jin)僅(jin)只是(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)假(jia)設，它(ta)也許(xu)(xu)真的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)著。不(bu)(bu)久，人(ren)們果然(ran)在(zai)海(hai)(hai)王(wang)星軌道(dao)和距(ju)太陽(yang)50個(ge)(ge)天(tian)(tian)文單位之間的(de)(de)(de)地方發現(xian)了越(yue)來越(yue)多的(de)(de)(de)這(zhe)(zhe)類天(tian)(tian)體(ti)(ti)，到(dao)1999年7月(yue)份，這(zhe)(zhe)些(xie)天(tian)(tian)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)數量已經(jing)超過(guo)(guo)了170，2001年達到(dao)400多個(ge)(ge)，2005年突(tu)破800個(ge)(ge)。但這(zhe)(zhe)些(xie)還只是(shi)(shi)(shi)冰山的(de)(de)(de)一(yi)(yi)角，科學家在(zai)2001年前后的(de)(de)(de)估計是(shi)(shi)(shi)，柯(ke)伊伯(bo)(bo)(bo)帶(dai)中(zhong)直(zhi)徑超過(guo)(guo)100km的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)可(ke)能會有(you)70000個(ge)(ge)，如(ru)果把它(ta)們的(de)(de)(de)質量加在(zai)一(yi)(yi)起，可(ke)以(yi)組成一(yi)(yi)個(ge)(ge)地球(qiu)質量1/10的(de)(de)(de)大行(xing)星。然(ran)而估計是(shi)(shi)(shi)，那里的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)多達數十億(yi)個(ge)(ge)，其中(zhong)直(zhi)徑超過(guo)(guo)100km的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)不(bu)(bu)少于(yu)35000個(ge)(ge)。這(zhe)(zhe)些(xie)在(zai)柯(ke)伊伯(bo)(bo)(bo)帶(dai)中(zhong)發現(xian)的(de)(de)(de)天(tian)(tian)體(ti)(ti)通(tong)常被稱為(wei)柯(ke)伊伯(bo)(bo)(bo)帶(dai)天(tian)(tian)體(ti)(ti)，簡稱KBO。

從地(di)球上觀測，很難準確地(di)知(zhi)道KBO究竟(jing)是由什(shen)么組成的(de)，它們都為一(yi)層(ceng)黏糊糊的(de)東西所覆蓋，很像是冰(bing)塊(kuai)、巖石和塵埃的(de)混合物(wu)。有些(xie)KBO并不小，其(qi)個頭接近(jin)冥(ming)王星(xing)乃至(zhi)超過了冥(ming)王星(xing)。

2000年11月，朱伊特他們(men)又發(fa)現(xian)(xian)(xian)了(le)(le)距離太(tai)陽43個天文單位的(de)瓦(wa)(wa)魯那，它的(de)直(zhi)徑(jing)為(wei)900km，已接近于最大的(de)小行星(xing)(xing)谷神星(xing)(xing)(直(zhi)徑(jing)933km)，只比卡戎(直(zhi)徑(jing)1200km)略小一(yi)(yi)點。當時(shi)一(yi)(yi)些科學家便認為(wei)，瓦(wa)(wa)魯那的(de)發(fa)現(xian)(xian)(xian)從某種程度(du)上印證了(le)(le)冥(ming)王星(xing)(xing)的(de)發(fa)現(xian)(xian)(xian)者克萊(lai)(lai)德·湯博(bo)的(de)觀(guan)點。克萊(lai)(lai)德發(fa)現(xian)(xian)(xian)了(le)(le)冥(ming)王星(xing)(xing)后，認為(wei)這(zhe)一(yi)(yi)區域還有其他X行星(xing)(xing)可(ke)供發(fa)現(xian)(xian)(xian)。北(bei)亞(ya)利桑那大學的(de)史蒂芬·泰(tai)格(ge)勒說：“瓦(wa)(wa)魯那的(de)發(fa)現(xian)(xian)(xian)說明冥(ming)王星(xing)(xing)并(bing)不是(shi)唯一(yi)(yi)的(de)X行星(xing)(xing)，可(ke)能它只是(shi)幾個X行星(xing)(xing)中的(de)一(yi)(yi)個。可(ke)以想象，比冥(ming)王星(xing)(xing)更(geng)遠、更(geng)大的(de)天體迄今仍然未被發(fa)現(xian)(xian)(xian)，原因很有可(ke)能是(shi)太(tai)陽的(de)照光太(tai)弱或(huo)者它們(men)的(de)表面太(tai)暗(an)。”

泰格勒說得沒錯，2001年8月24日(ri)，人們又有了新的重大發現，它(ta)叫2001 KX76，是(shi)由美國航天(tian)局(ju)支(zhi)持的“深度黃道搜索計劃(hua)”發現的，其大小約為(wei)1200km，很(hen)多報道稱它(ta)取代谷神星成為(wei)最大的小行星，但實際上2001 KX76距離太陽(yang)39個天(tian)文單位(wei)，不屬于小行星，而是(shi)一顆KBO。

附錄：柯伊伯(bo)機載天文臺

柯伊伯機載(zai)(zai)天(tian)文臺(tai)是(shi)美國宇航局的紅外(wai)(wai)觀(guan)測設備，基(ji)地設在(zai)位于加州(zhou)Moffett Field的Ames研(yan)究中(zhong)心。它是(shi)一(yi)架搭(da)載(zai)(zai)在(zai)C-141A“運(yun)輸(shu)星”噴氣式運(yun)輸(shu)機上的反射望(wang)遠鏡，與探測氣球的大面(mian)積快速巡天(tian)互(hu)補，專用于對(dui)天(tian)體的精密觀(guan)測。為(wei)了克服(fu)地球大氣層(ceng)中(zhong)水蒸氣對(dui)紅外(wai)(wai)線(xian)的吸收(shou)，柯伊伯機載(zai)(zai)天(tian)文臺(tai)要飛(fei)到(dao)同溫層(ceng)以上才能進(jin)行觀(guan)測，這里空(kong)氣稀薄(bo)，水蒸氣對(dui)紅外(wai)(wai)線(xian)的吸收(shou)幾乎為(wei)零。從(cong)1974年春服(fu)役到(dao)1995年秋退役，它工作了21個(ge)年頭，總(zong)計飛(fei)行1400余次(ci)。

歷史背景

機(ji)載天(tian)文臺概念(nian)的(de)(de)提(ti)出要歸功于(yu)Frank Low等熱終于(yu)將(jiang)科學儀器(qi)放(fang)到高空的(de)(de)科學家。由(you)于(yu)地(di)基紅外觀(guan)測的(de)(de)種種不(bu)便，再加上當時的(de)(de)條件限(xian)制，發射探測衛星難度頗大(da)，人們找(zhao)到了(le)這樣一種解決方法：如果能將(jiang)儀器(qi)送上平流(liu)層，那么就可(ke)以大(da)大(da)減輕(qing)水蒸(zheng)(zheng)氣帶來的(de)(de)對紅外線的(de)(de)吸收，這是因為地(di)球上98%的(de)(de)水蒸(zheng)(zheng)氣都分布在對流(liu)層。

柯伊(yi)伯(bo)機(ji)載天文(wen)(wen)(wen)臺的望遠(yuan)鏡系統由Owens-Illinois公司設計，運(yun)載機(ji)則選擇了(le)洛克希(xi)德—馬丁公司的C-141A戰略運(yun)輸機(ji)，其最大(da)飛(fei)行高度約(yue)14000米(mi)，空載續航能(neng)力超(chao)過10000公里。這也是世界上唯(wei)一(yi)一(yi)架民用(yong)C-141A飛(fei)機(ji)。1973年(nian)，洛克希(xi)德公司安(an)裝了(le)機(ji)載天文(wen)(wen)(wen)臺的望遠(yuan)鏡艙。1974年(nian)，機(ji)載天文(wen)(wen)(wen)臺投入使用(yong)。1975年(nian)5月21日，杰(jie)拉德·柯伊(yi)伯(bo)機(ji)載天文(wen)(wen)(wen)臺被(bei)正(zheng)式命名，此時柯伊(yi)伯(bo)已故(gu)去兩年(nian)。

飛(fei)(fei)行裝(zhuang)備---設(she)立柯伊伯機載(zai)天文臺的(de)(de)目的(de)(de)是為了克服(fu)地球(qiu)大氣層中水蒸氣對(dui)紅外(wai)線(xian)的(de)(de)吸收，更好地進行紅外(wai)天文觀(guan)測(ce)，其工作光譜(pu)范(fan)圍(wei)被安(an)(an)排在1至(zhi)500微米。望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)鏡的(de)(de)光學系統則(ze)采用了傳(chuan)統的(de)(de)卡塞(sai)格林(lin)式(shi)(shi)設(she)計(ji)，口(kou)徑36英寸(cun)（91.5厘(li)米）。望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)鏡安(an)(an)裝(zhuang)在機身(shen)的(de)(de)左上部，在飛(fei)(fei)行員(yuan)座(zuo)艙旁(pang)。與一般的(de)(de)紅外(wai)望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)鏡一樣，它(ta)也設(she)有(you)冷卻系統，用液氮或其他低溫液體來保(bao)證望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)鏡本身(shen)的(de)(de)熱量不會影響觀(guan)測(ce)。探(tan)測(ce)器(qi)則(ze)是可(ke)以拆卸的(de)(de)，每次飛(fei)(fei)行前(qian)，天文學家依(yi)自己的(de)(de)需要安(an)(an)裝(zhuang)測(ce)試不同的(de)(de)探(tan)測(ce)器(qi)。望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)鏡副鏡是振蕩式(shi)(shi)的(de)(de)，可(ke)以前(qian)后(hou)運動以改變觀(guan)測(ce)視(shi)場。這是為方便消除圖象的(de)(de)躁點(dian)而(er)設(she)計(ji)的(de)(de)。

貢獻影響

在上世紀40年代(dai)，杰拉(la)德·柯(ke)伊伯(bo)（Gerard Kuiper）提出一(yi)個新的(de)理論(lun)(lun)，認為(wei)(wei)冥(ming)王星并不是(shi)一(yi)個毫無脈(mo)絡可尋的(de)世界，而是(shi)在一(yi)個“區域(yu)”內(nei)運行的(de)一(yi)大(da)群物體(ti)之(zhi)中最亮的(de)一(yi)個。此后，人們將(jiang)柯(ke)伊伯(bo)理論(lun)(lun)中提到(dao)的(de)這個“區域(yu)”稱為(wei)(wei)“柯(ke)伊伯(bo)帶”（Kuiper Belt）。

1965年，他利用(yong)NASA的(de)Convair 990飛(fei)機(ji)進行了(le)一次紅外觀(guan)測，探測了(le)金(jin)星大(da)氣(qi)的(de)成分，顯示了(le)機(ji)載天文臺(tai)的(de)巨大(da)潛(qian)力。1968年，Frank Low用(yong)NASA的(de)Ames中(zhong)心屬(shu)下一架利爾噴氣(qi)（LearJet）飛(fei)機(ji)運載了(le)一架口徑12英(ying)寸的(de)望遠鏡，成功(gong)測量(liang)了(le)木(mu)星和(he)銀河(he)星云的(de)紅外亮度。這(zhe)些試驗給NASA的(de)科學家留下了(le)很深(shen)的(de)印象(xiang)，并最(zui)終促成了(le)柯伊伯機(ji)載天文臺(tai)的(de)誕生。