太阳是太阳系毋庸置疑的统治者,它的质量占了太阳系总质量的99.85%,太阳系中其他的一切——行星、矮行星、卫星、小行星、彗星以及尘埃、气体等,加在一起也只有剩下的0.15%。在太阳强大引力的支配下,包括八大行星在内的诸多天体围绕着太阳井井有条地运转。可以说,整个太阳系都是由太阳塑造的。
不过,引力是随着距离增加而减弱的,即便是太阳,也有鞭长莫及的地方。在太阳系外围,太阳的统治力度放松了,让“地方豪强”和“外部势力”有了凭一己之力影响太阳系的机会。
柯伊伯带
在发现冥王星之后的很长一段时间内,天文学家对海王星轨道之外的世界依然知之甚少。不过,一些天文学家根据太阳系形成理论预言,在海王星外还存在一个密布着冰质小天体的区域,有点类似冷冻版的小行星带。他们的逻辑很简单,当时天文学家已经知道太阳系是从一个尘埃气体盘中诞生的,盘的中心形成了太阳,周围则形成了行星。虽然这个盘越往外物质就越少,越单薄,但这是一个连续渐变的过程,没道理在海王星这里突然截断,外面什么都没有。在海王星外肯定还剩下一些制造行星的材料,这些气体和尘埃虽然不够多,未必能形成大行星,但足以形成许多彗星之类的冰质小天体。
时不时闯入内太阳系的彗星也需要一个来源。一些彗星绕太阳公转的周期比较短,只有几十年,甚至几年。这类周期在200年以内的彗星被称为短周期彗星。彗星每次接近太阳,都会损失一部分物质,因而形成了长长的尾巴。因此,频繁拜访太阳的短周期彗星是不可能长期存在的。我们现在还能经常见到短周期彗星,说明它们存在一个补充来源。在那里,彗星在远离太阳的轨道上安稳地运转,但偶尔会被附近行星的引力拉扯,偏离原轨道进入内太阳系,成为短周期彗星。据天文学家计算,这个补充来源就在海王星外的一个区域内。
尽管天文学家大多认为海王星外存在这样一个冰冻版的小行星带,但那里的天体太小又太远,过于暗淡,很难观测到。直到1992年,在新的观测技术的帮助下,天文学家终于发现了继冥王星与卡戎之后的又一个海王星外天体1992QB1。此时,距发现冥王星已经过去了62年。此后,天文学家发现了越来越多的海王星外天体,并给这个距离太阳大约30~55天文单位的区域起了个名字——“柯伊伯带”。
现在,观测发现的柯伊伯带天体已经有1000多个,它们基本上都是由岩石和甲烷、氨、水等物质冻结成的冰组成的。当然,还有更多的柯伊伯带天体尚待发现。据估计,直径在100千米以上的柯伊伯带天体超过10万个。
柯伊伯带得名于天文学家柯伊伯,正是他在理论上预言了这样一个海王星以外的小天体带的存在。有趣的是,由于那个时代的天文学家对冥王星的质量估计过高,柯伊伯认为,在冥王星引力的拉扯下,这个区域中的小天体轨道会发生变动,不能稳定地待在这里。也就是说,柯伊伯本人认为柯伊伯带已经不存在了。
柯伊伯带中距离太阳最近的一些成员的轨道与行星轨道类似,也是接近正圆的椭圆,而且跟诸多行星的轨道基本在一个平面上,天文学家把它们叫作“经典柯伊伯带天体”,它们依然处在太阳的牢固统治之下。而更靠外的一些柯伊伯带天体的椭圆轨道就扁了许多。此外,它们还有一个特点,就是公转过程跟海王星保持着某种同步。有一些柯伊伯带天体在海王星绕太阳2周的时间中恰好转1周,还有一些则是在海王星转过3周的时候恰好转2周,冥王星就是后面这种情况。可想而知,这是因为它们的运动受到了海王星的影响。在远离太阳的边境地区,质量巨大的海王星可以说是地方一霸,如果小天体过于靠近就有可能被它的引力拉扯,脱离原来的轨道。而2:1或3:2的公转周期,恰好可以让柯伊伯带天体在抵达近日点(椭圆轨道上最接近太阳的点,这个点甚至可能在海王星轨道以内)时也不会靠近海王星,因为此时的海王星一般都在太阳的另一侧。