柯伊伯带和奥尔特星云是什么关系？

柯伊伯带和奥尔特星云，这对我们太阳系最遥远的邻居，就像是宇宙中的两个巨大的“冰封仓库”，只不过它们各自存放的“货物”类型和位置略有不同。它们并非孤立存在，而是共同构成了太阳系边缘的冰冷世界，并且在某种程度上，它们之间的存在和演化也有着千丝万缕的联系。

柯伊伯带：近乎平坦的冰冷环带

首先，让我们来看看柯伊伯带。你可以把它想象成一个位于海王星轨道之外，近似于一个圆盘状的区域。海王星的轨道大约在距离太阳 30 个天文单位 (AU) 的地方（1 AU 就是地球到太阳的平均距离），而柯伊伯带则向外延伸，估计可以达到 50 AU 甚至更远。

这个区域里充斥着数以亿计的冰封天体，主要是由水冰、甲烷冰、氨冰以及一些岩石和尘埃组成。这些天体就是我们常说的“柯伊伯带天体”（KBOs），其中一些我们比较熟悉，比如冥王星、阋神星、鸟神星和化神星等矮行星。

柯伊伯带的形状，就像是太阳系行星轨道的一个自然延伸，大多数 KBOs 都在一个相对扁平的盘面上绕太阳运行，而且它们运行的方向和大多数行星一样，都是从西向东。这与它们形成的历史有关——它们被认为是太阳系形成初期，那些未能被大行星捕获或抛出的原始物质，被限制在了一个相对稳定的区域。

奥尔特星云：包围太阳系的巨大球壳

现在，再来看奥尔特星云。这又是一个完全不同的概念。如果说柯伊伯带像一个盘子，那么奥尔特星云就像一个巨大的、几乎是球形的“外壳”，将整个太阳系包裹在其中。

奥尔特星云距离太阳极其遥远，估计的内边界可能在 2000 AU 左右，而外边界更是可以延伸到 50,000 AU，甚至 100,000 AU，这已经接近了太阳引力能够影响到的极限，差不多是半人马座阿尔法星系距离太阳的一半了！

奥尔特星云中的天体，主要是由各种冰（水冰、甲烷冰、氨冰等）组成的彗星核。它们数量极其庞大，据估计可能高达万亿级别。这些天体质量非常低，而且分布极其稀疏，使得我们至今为止还没有直接探测到奥尔特星云的任何一个成员。我们之所以知道它的存在，主要是通过研究那些周期性的长周期彗星。

它们之间的关系：从“遥远的亲戚”到“共同的起源”

那么，柯伊伯带和奥尔特星云之间到底有什么关系呢？

1. 共同的起源，但被“撕裂”的命运：
早期太阳系： 它们都起源于早期太阳系的原始星云盘。在太阳形成之后，行星在其轨道上逐渐吸积物质，形成了我们今天看到的行星。
引力扰动： 在行星形成的早期，巨大的行星（尤其是气态巨行星，如木星、土星、天王星和海王星）在其轨道上移动时，会产生强大的引力扰动。
柯伊伯带的形成： 许多原始冰块和岩石被限制在海王星轨道之外，形成了一个相对扁平的圆盘，这就是柯伊伯带。
奥尔特星云的形成（“抛射”理论）： 至于奥尔特星云，主流观点认为，它们是那些在行星形成初期，被气态巨行星的引力“弹射”出来的冰质小天体。这些被弹射的天体，有些被甩到了更远的、更加稀疏的区域，它们原本沿着扁平的轨道运行，但经过无数次的引力扰动，最终被散布到了一个巨大的球壳中，成为了奥尔特星云的成员。可以想象成，柯伊伯带是那些“留在原地”的，而奥尔特星云则是那些被“赶出家门”的。

2. “供应站”与“遥远的储藏室”：
奥尔特星云是长周期彗星的来源： 我们看到的许多周期很长的彗星（例如哈雷彗星周期约 76 年，但有些长周期彗星的周期长达数万年甚至数十万年），它们的来源正是奥尔特星云。当奥尔特星云中的某个冰质天体受到附近恒星、星际分子云甚至银河系潮汐力的扰动时，它的轨道就会改变，被抛向太阳系内部。
柯伊伯带是短周期彗星的来源： 柯伊伯带中的天体，则更多地被认为是短周期彗星（周期小于 200 年）的来源。当柯伊伯带中的天体受到海王星引力扰动时，它们的轨道会发生改变，有时会被抛入内太阳系，成为我们看到的短周期彗星，例如著名的哈雷彗星其实轨道周期并不算特别长。

3. 它们之间的“互动”：
虽然距离遥远，但并非完全绝缘。有一些理论认为，某些极其遥远的柯伊伯带天体，在受到引力扰动后，可能会被抛射到比柯伊伯带更远的地方，甚至可能成为奥尔特星云的成员。反之，虽然可能性更小，但理论上奥尔特星云中的某些天体在极其罕见的情况下，也可能被“拉回”到离太阳系内部更近的区域。
此外，太阳在银河系中的运动，也会对这两个区域的天体造成缓慢的、长期的引力影响，使它们在宏观上发生着变化。

总结一下，它们的关系可以这样理解：

地理位置上： 柯伊伯带是紧邻太阳系行星区域的一个“近乎圆盘状”的冰冷带；奥尔特星云则是一个极其广阔的、包裹着整个太阳系的“巨大球壳”。
成分上： 都由冰质小天体组成，但奥尔特星云中的天体普遍更小，更像彗星核。
来源上： 都起源于早期太阳系的原始星云盘，但柯伊伯带是行星形成时“被留下”的；奥尔特星云则是被行星“弹射”出去后，散布到更远区域形成的。
功能上： 柯伊伯带是短周期彗星的主要来源；奥尔特星云是长周期彗星的主要来源。

可以说，柯伊伯带是太阳系边缘的“近郊”，而奥尔特星云则是太阳系的“远郊”，它们共同构成了太阳系冰冷天体的宏大图景，也为我们研究太阳系的早期历史和行星的形成演化提供了至关重要的线索。它们是宇宙中巨大的、沉默的仓库，记录着太阳系诞生时的点点滴滴。

网友意见

一、柯伊伯带的形成与演化

首先，任何一个新恒星的形成都需要一团浓密的星云气体，通过星云的不断运动和在襁褓中心的恒星引力，星云逐渐自我集中，形成中心的主恒星，然后再形成一个原行星盘，经过几十亿年的演化构成了今天类似太阳系的这种稳定结构：主恒星进入蓬勃的生命周期，释放的能量保持稳定，各个环绕的行星系统按照比较稳定的轨道围绕主恒星运转，构成了一个稳定的星盘。

奥尔特星云就属于这片星云的最外围，但如何界定它的定义范围莫衷一是，比如NASA甚至定义到了近两光年外，几乎是我们到比邻星距离的一半了（https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17046）。而柯伊伯带则属于这个原始星盘的外围(距离太阳约45亿公里以上)，相当于太阳系主行星区域与外围残留星云(奥尔特云)的交界地带，跟奥尔特云的规模相比简直是原子核对比整个原子。

这里太阳引力和土星、木星、天王星、海王星这些巨型行星的影响力互相作用。不同行星轨道周期各不相同，因此对于柯伊伯带而言，受到不同周期的引力，比如土星每绕太阳旋转一周的时间，木星则旋转了两周，使得柯伊伯带不断被这种周期性变化的引力(共振)作用。它的效果使得太阳系内某些区域产生一个巨型行星的可能性变得非常低。经年累月的作用下来，柯伊伯带就形成了一个由许多微星和原始星盘碎片构成的区域，冥王星也处于这个区域。

柯伊伯带大致位置，图中英文分别是(Jupiter-木星，Saturn-土星，Uranus-天王星，Neptune-海王星，Pluto-冥王星，Kuiper Belt-柯伊伯带)，来自NASA

更外围的奥尔特云距离太阳引力更远，无疑受着更复杂的摄动力，保持着极其稀疏甚至混乱的状态，不过那里太远了，人类并不能探测到什么有效的东西，只是理论逻辑上的推演而已。

二、人类对柯伊伯带的认识与研究

人类目前对柯伊伯带的了解还非常有限，过去天文学家一直认为此处空无一物，是太阳系的尽头。但随着天文观测技术的发展及人类计算能力的提高，柯伊伯带和奥尔特云的概念逐渐成型并被证实。成熟的柯伊伯带理论最早始于上世纪50年代，是由爱尔兰裔科学家艾吉沃斯提出、荷兰美籍科学家柯伊伯研究并深入的一套天文研究体系。

但当时的观测条件依然不够直接发现这么遥远的实际证据，第一个柯伊伯带天体的发现已经是1992年了。目前人类的深空探测能力大大增强，在这里发现了更多的小型天体。天文学家按照目前的估计甚至认为发现的柯伊伯带天体恐怕只是小小冰山一角，那里的天体数量很有可能超过10亿颗，而直径超过100千米小行星可能高达35000颗，着实是个庞大的系统。

三、我们对柯伊伯带观测的“新视野“

近期刚刚抵达的新视野号为我们开拓了“新视野“，它从不到1万公里的距离详细观测了冥王星，并拍出了人类第一张冥王星彩图。目前的观测结果表明，冥王星要比原先估计的体积大一些(直径为2370±20千米)，超越了另一颗著名的柯伊伯带矮行星阋神星成为太阳系内最大矮行星。但后者质量要比冥王星大约27%，冥王星的大气也比想象中更稀薄一些。在飞离冥王星后，新视野号会继续前行，在有效控制下(如今的技术已经比它之前旅行者/先锋几个探测器高太多了)，搜索柯伊伯带的相对大型天体(直径50-100千米左右，未最终确定)，继续探秘。

7月13日新视野号拍到的冥王星彩图，图片来自NASA

新视野观测冥王星的最新结论让人对柯伊伯带的兴趣顿时达到了顶点，由于柯伊伯带附近一直没有形成一颗大型行星，受太阳影响极其微弱，也没有经历各种复杂的天文现象，因此它的大部分构成基本上代表了太阳系形成初期的原始成分，这对我们了解太阳系的起源非常有意义。天文学家根据这些观测普遍认为，这个区域充满了微小冰封的物体，是太阳系最为宝贵的活化石，我们应该时刻期待新视野号的未来发现。

四、柯伊伯带-彗星和生命的家园

柯伊伯带另一个很大的秘密是太阳系那些短周期(轨道周期小于200年)彗星族群，比如最典型的哈雷彗星，都来源于这个区域，目前发现的会访问太阳的彗星已有约600颗！一个解释地球生命起源的经典理论是彗星说，也许曾经的某颗彗星撞击地球，为地球带来了最基本的有机物。而地球所处的太阳系位置又非常完美，最终孕育了地球上的所有生命。也因此，彗星尤其是来自柯伊伯带的彗星研究，成为一个热点。

最著名的就是欧洲宇航局的罗塞塔任务，在经过10年的漫长太空旅行后，罗塞塔于2014年年底抵达了一颗叫做67P/丘留莫夫－格拉西缅科的短周期(6.45年)彗星。这颗彗星目前位于太阳系内部，每周期运动都受到很多天体摄动，天文学家推算很有可能它很早之前源于柯伊伯带。罗塞塔释放了菲莱登录器最终登上了这颗彗星，目前的研究结果表明，这颗彗星上在不断蒸发水蒸气，而且探索到了可能的有机物存在证据。

罗塞塔登陆彗星效果图，图片来自ESA

罗塞塔的发现意义非凡，关于生命起源的理论与推想越来越多和太阳系内的其他天体尤其是彗星联系起来，而柯伊伯带则是孕育这个伟大起源的最大可能。目前，对其他彗星和小行星的探测任务也在论证中，或许未来会有更多的探测器访问甚至登陆彗星，为我们带来更多的生命起源证据。

但我们还要记得，太阳系的外围还有一团巨大的星云包裹着整个太阳系，它远远超过柯伊伯带的距离，那是我们真正的襁褓，奥尔特云。这个星云是由水冰、氨和甲烷等固体挥发物构成的庞大结构，天文学家认为它是太阳系的根源。目前唯一能有所探寻的是长周期彗星，有时它们会被引力捕获成为短周期彗星，正如柯伊伯带彗星，可是这种观测机会实在罕见。奥尔特云的宽度最远已经距离太阳达到两个光年，几百年内的人类，恐怕现有的技术还无法让我们走出这个我们诞生的地方。

因此，人类对柯伊伯带乃至奥尔特云的探索，真的可以用一句经典的诗句来形容：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！这个世界的尽头，或许就是我们起源的地方…

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