哈勃和韦布发现海王星外天体中蕴藏着太阳系早期历史的线索

• 哈勃和韦布共同观测了天空中的同一片区域，并帮助发现了27个此前未知的海王星外天体。
• 小型天体保留了与大型天体相似的颜色规律，这与人们原本认为碰撞会产生强烈影响的预期相悖。
• 冷族群和热族群的大小分布相似，但这种相似性以及表面得以保存的原因尚未确定。

望远镜在海王星轨道之外发现了什么

哈勃望远镜和詹姆斯·韦布空间望远镜帮助天文学家研究海王星轨道之外的小天体，并发现了27个此前未知的海王星外天体。联合分析不仅带来了有关这些遥远冰质天体大小和颜色的新信息，还得出了一个出乎意料的结果：小型天体的数量少于某些理论的预测。与此同时，它们的颜色特征与同一区域内较大型天体的颜色特征相近。

海王星外天体对于研究早期太阳系十分重要，因为其中许多天体未能形成真正的行星，而是以小天体的形态留存下来。研究将它们视为形成行星的物质残余。它们的表面可能保存着有关其诞生环境和后续变化的信息。观测这些天体并不容易：它们的亮度比肉眼可见的天体暗一亿倍以上。

研究成果发表于《天文学杂志》的两篇论文中，内容涉及新发现天体的大小、组成和古老历史。由加拿大维多利亚大学和北亚利桑那大学的博士生领导的研究团队，开展了当时对海王星外天体最深入的调查。维多利亚大学的团队由加拿大国家研究委员会领导。

远方冰质天体研究的原理

两台太空望远镜同时观测天空中的同一片区域，但收集的是不同类型的光。“哈勃”记录可见光，而韦伯则记录红外光。通过比对数据，天文学家得以研究这些天体的颜色、估算其大小，并确定它们绕太阳运行的特点。正是这两种观测方式的结合，帮助研究人员研究那些难以发现、也难以用单一方法探测的暗淡天体。

颜色为研究人员提供了有关表面化学成分的线索，也有助于辨别天体可能经历过的历史。在这项研究中，颜色的重要性被比作指纹：人们可以据此判断天体的个体特征。然而，颜色本身并不能对表面发生过什么给出最终答案。因此，研究人员将颜色与尺寸和轨道特征进行比较，以发现遥远天体之间的共同规律。

研究人员将海王星外天体划分为动态上的“冷”族群和“热”族群。这些名称描述的不是温度，而是轨道特征。冷天体沿着相对圆形的轨道运行，并且始终靠近大多数行星运行所在的平面。相比之下，热天体的轨道更加扁长，运行时会升至太阳系主平面上方或降至其下方。

具有不同轨道演化史的两类群体

根据研究的描述，冷经典海王星外天体大多留在了它们形成的区域。它们的轨道相对平稳，偏心率不太大，运动也基本保持在行星轨道所在的共同平面附近。因此，它们对于与轨迹发生显著变化的天体进行比较十分重要。观测显示，即使是冷群体中最小的成员，其颜色特征也与较大天体相似。

热群体的形成史则有所不同：它们形成于天王星和海王星现今轨道之间，随后在早期太阳系中巨行星改变位置时被散射到更远处。如今，它们的轨道偏心率更大，运行路径既会经过行星主平面的上方，也会经过下方。尽管经历过这样的动力学演化，这一群体的颜色规律同样与形成条件有关。

冷、热天体的颜色特征相似，这一点在它们轨道演化史迥异的背景下尤其引人注目。热天体经历了轨道重组，而冷天体在很大程度上仍留在诞生地附近。尽管如此，两组天体都呈现出研究人员认为是起源痕迹的颜色关联。观测结果表明，在太阳系的存续期间，这些特征的变化比预期的要小。

意外结果与悬而未决的问题

在获得数据之前，科学家认为，经过数十亿年反复碰撞，小型海王星外天体理应受到尤为显著的影响。撞击可能会使天体破碎、暴露新鲜物质，从而改变表面成分和颜色。然而，新发现的天体呈现出与大型天体相似的颜色关系。这与一种简单的预期不符：小型天体由于频繁碰撞，外观必然会有所不同。

目前至少还有两种可能的解释：这些天体经历的碰撞可能比天文学家此前认为的少；或者，即使遭受撞击，它们的表面也能保留原始成分。现有数据尚不足以在这两种解释之间作出判断。负责研究颜色和成分的北亚利桑那大学博士生阿纳斯塔西娅·摩根指出，小天体似乎保留着自身形成过程的历史。合著者戴维·特里林强调，尽管轨道发生了变化，热群体天体仍带有其诞生地的特征。

韦布望远镜的数据还带来了另一项发现：热群体和冷群体的天体大小分布竟然十分相似，这一点令人惊讶。根据这项研究，这尤其值得关注，因为这两个群体形成于早期太阳系的不同区域。这种相似性可能意味着，在不同环境下，微行星的形成过程有着相似之处。但目前的观测尚无法解释两种大小分布为何一致、表面究竟如何得以保存，以及碰撞发生的频率有多高。

来源：ScienceDaily