杰拉德·柯伊伯 - 基本資料

杰拉德·彼得·柯伊伯（Gerard Kuiper，1905年12月7日—1973年12月23日），荷裔美籍的天文學(xué)家，出生教育都在荷蘭，他在1933年來(lái)到美國(guó)，1937年成為美國(guó)公民，是現(xiàn)代行星天文學(xué)之父，他的同事和學(xué)生都昵稱他為“GPK”。

杰拉德·柯伊伯 - 貢獻(xiàn)

在上世紀(jì)40年代，杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper）提出一個(gè)新的理論，認(rèn)為冥王星并不是一個(gè)毫無(wú)脈絡(luò)可尋的世界，而是在一個(gè)“區(qū)域”內(nèi)運(yùn)行的一大群物體之中最亮的一個(gè)。此后，人們將柯伊伯理論中提到的這個(gè)“區(qū)域”稱為“柯伊伯帶”（Kuiper Belt）。

1965年，他利用NASA的Convair 990飛機(jī)進(jìn)行了一次紅外觀測(cè)，探測(cè)了金星大氣的成分，顯示了機(jī)載天文臺(tái)的巨大潛力。1968年，F(xiàn)rank Low用NASA的Ames中心屬下一架利爾噴氣（LearJet）飛機(jī)運(yùn)載了一架口徑12英寸的望遠(yuǎn)鏡，成功測(cè)量了木星和銀河星云的紅外亮度。這些試驗(yàn)給NASA的科學(xué)家留下了很深的印象，并最終促成了柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)的誕生。

杰拉德·柯伊伯 - 提出問(wèn)題

天文學(xué)家杰拉德－柯伊伯，他在1951年首先提出了在海王星軌道之外可能存在一個(gè)由冰物質(zhì)運(yùn)行其中的帶狀區(qū)域。他認(rèn)為只有如此才能解釋關(guān)于短周期彗星的來(lái)源之謎：彗星每經(jīng)過(guò)太陽(yáng)一次，都必然揮發(fā)掉許多表面物質(zhì)，短周期彗星僅僅只有幾年的周期，它們頻繁地經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近，必然造成它們的壽命不會(huì)超過(guò)幾十萬(wàn)年，相對(duì)于太陽(yáng)系幾十億年的壽命而言，這只是短短的一瞬，因而如果過(guò)去有過(guò)這類彗星的話，它們應(yīng)該早就揮發(fā)消亡了，卻仍在不斷地發(fā)現(xiàn)有新的短周期彗星。這構(gòu)成了一個(gè)難以解釋的短周期彗星之謎。

柯伊伯提出的解釋是：在冥王星運(yùn)行的區(qū)域中存在大量的暗彗星物質(zhì)圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，他們?cè)谔��?yáng)系開(kāi)始形成的時(shí)候就出現(xiàn)了，根據(jù)柯伊伯的計(jì)算，海王星軌道之外的原始微粒，難以黏結(jié)組成一個(gè)足夠大的大行星，而是形成了許多小天體。這些小天體偶爾在外力作用下脫離了正常軌道而進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系，就形成了短周期彗星。

杰拉德·柯伊伯 - 驗(yàn)證理論

“柯伊伯帶”（Kuiper Belt）--冥王星

2001年9月13日: 距離地球數(shù)十億公里，遠(yuǎn)在海王星軌道之外，是一個(gè)寒冷漆黑的荒涼地帶。地球上如此明亮溫暖的太陽(yáng)，在那里卻僅僅只是天空中一顆最亮的星星而已。這一區(qū)域的溫度如此之低，以致九大行星中唯一位于這一區(qū)域的冥王星的大氣都經(jīng)常處于凍結(jié)的狀態(tài)。

從地球上觀測(cè)這些冥王星的伴侶們，看起來(lái)都象是黑暗的彗星。很難準(zhǔn)確知道它們究竟是由什么組成的，因?yàn)樗鼈兌紴橐粚羽ず�糊的東西所覆蓋，可能是冰塊、巖石和塵埃的混合物。這些天體大多數(shù)與木星和火星之間的小行星大小相仿，直徑從幾公里到幾百公里，另有少數(shù)一些的尺度達(dá)到了冥王星（直徑2274公里）的30％－50％，可能遲早有一天還會(huì)發(fā)現(xiàn)與冥王星一樣大的天體。

發(fā)現(xiàn)1992QB1天體

天文學(xué)家把這種天體稱為柯伊伯帶天體（KBO天體－－Kuiper Belt Objects），從20世紀(jì)30年代起，一些科學(xué)家就預(yù)言在海王星之外存在著一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域里含有大量的小天體。 美國(guó)天文學(xué)家杰拉德·柯伊伯在20世紀(jì)50年代提出這個(gè)區(qū)域是短周期彗星的來(lái)源。1992年，兩個(gè)不相信外太陽(yáng)系完全為空的天文學(xué)家 Dave Jewitt 和 Jane Luu發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)此類天體。從1987年開(kāi)始，他們就在天空中搜索海王星軌道外的天體，經(jīng)過(guò)整整5年的時(shí)間，使用夏威夷大學(xué)的2.2米望遠(yuǎn)鏡，終于發(fā)現(xiàn)了他們的獵物一個(gè)距離太陽(yáng)44天文單位的紅色天體，這一距離甚至比冥王星更遠(yuǎn)。它在星表中的標(biāo)準(zhǔn)名稱是1992 QB1。

1992 QB1。它直徑250 km，距太陽(yáng)41～48個(gè)天文單位，比冥王星還要遙遠(yuǎn)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)證實(shí)：在海王星的軌道外，冥王星并不是唯一較大個(gè)頭的天體。天文家們意識(shí)到，柯伊伯帶也許不僅僅只是一個(gè)假設(shè)，它也許真的存在著。不久，人們果然在海王星軌道和距太陽(yáng)50 個(gè)天文單位之間的地方發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的這類天體，到1999年7月份，這些天體的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了170，2001年達(dá)到400多個(gè)，2005年突破800個(gè)。但這些還只是冰山的一角，科學(xué)家在2001年前后的估計(jì)是，柯伊伯帶中直徑超過(guò) 100 km的天體可能會(huì)有70 000個(gè)，如果把它們的質(zhì)量加在一起，可以組成一個(gè)地球質(zhì)量1／10的大行星。然而現(xiàn)在的估計(jì)是，那里的天體多達(dá)數(shù)十億個(gè)，其中直徑超過(guò)100 km的天體不少于35 000 個(gè)。這些在柯伊伯帶中發(fā)現(xiàn)的天體通常被稱為柯伊伯帶天體，簡(jiǎn)稱KBO。  

從地球上觀測(cè)，很難準(zhǔn)確地知道KBO 究竟是由什么組成的，它們都為一層黏糊糊的東西所覆蓋，很像是冰塊、巖石和塵埃的混合物。有些KBO并不小，其個(gè)頭接近冥王星乃至超過(guò)了冥王星。  

2000年11月，朱伊特他們又發(fā)現(xiàn)了距離太陽(yáng)43個(gè)天文單位的瓦魯那，它的直徑為900 km，已接近于最大的小行星谷神星(直徑933 km)，只比卡戎(直徑 1 200 km)略小一點(diǎn)。當(dāng)時(shí)一些科學(xué)家便認(rèn)為，瓦魯那的發(fā)現(xiàn)從某種程度上印證了冥王星的發(fā)現(xiàn)者克萊德·湯博的觀點(diǎn)�？巳R德發(fā)現(xiàn)了冥王星后，認(rèn)為這一區(qū)域還有其他X行星可供發(fā)現(xiàn)。北亞利桑那大學(xué)的史蒂芬·泰格勒說(shuō)：“瓦魯那的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明冥王星并不是唯一的X行星，可能它只是幾個(gè)X行星中的一個(gè)�，F(xiàn)在可以想象，比冥王星更遠(yuǎn)、更大的天體迄今仍然未被發(fā)現(xiàn)，原因很有可能是太陽(yáng)的照光太弱或者它們的表面太暗�！�  

泰格勒說(shuō)得沒(méi)錯(cuò)，2001年8月24 日，人們又有了新的重大發(fā)現(xiàn)，它叫2001 KX76，是由美國(guó)航天局支持的“深度黃道搜索計(jì)劃”發(fā)現(xiàn)的，其大小約為1 200km，很多報(bào)道稱它取代谷神星成為最大的小行星，但實(shí)際上2001 KX76距離太陽(yáng)39 個(gè)天文單位，不屬于小行星，而是一顆 KBO。

附錄：柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)   

柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)是美國(guó)宇航局的紅外觀測(cè)設(shè)備，基地設(shè)在位于加州Moffett Field的Ames研究中心。它是一架搭載在C-141A“運(yùn)輸星”噴氣式運(yùn)輸機(jī)上的反射望遠(yuǎn)鏡，與探測(cè)氣球的大面積快速巡天互補(bǔ)，專用于對(duì)天體的精密觀測(cè)。為了克服地球大氣層中水蒸氣對(duì)紅外線的吸收，柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)要飛到同溫層以上才能進(jìn)行觀測(cè)，這里空氣稀薄，水蒸氣對(duì)紅外線的吸收幾乎為零。從1974年春服役到1995年秋退役，它工作了21個(gè)年頭，總計(jì)飛行1400余次。

歷史背景

機(jī)載天文臺(tái)概念的提出要?dú)w功于Frank Low等熱終于將科學(xué)儀器放到高空的科學(xué)家。由于地基紅外觀測(cè)的種種不便，再加上當(dāng)時(shí)的條件限制，發(fā)射探測(cè)衛(wèi)星難度頗大，人們找到了這樣一種解決方法：如果能將儀器送上平流層，那么就可以大大減輕水蒸氣帶來(lái)的對(duì)紅外線的吸收，這是因?yàn)榈厍蛏?8%的水蒸氣都分布在對(duì)流層。

柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)由Owens-Illinois公司設(shè)計(jì)，運(yùn)載機(jī)則選擇了洛克希德—馬丁公司的C-141A戰(zhàn)略運(yùn)輸機(jī)，其最大飛行高度約14000米，空載續(xù)航能力超過(guò)10000公里。這也是世界上唯一一架民用C-141A飛機(jī)。1973年，洛克希德公司安裝了機(jī)載天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡艙。1974年，機(jī)載天文臺(tái)投入使用。1975年5月21日，杰拉德·柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)被正式命名，此時(shí)柯伊伯已故去兩年。

飛行裝備---設(shè)立柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)的目的是為了克服地球大氣層中水蒸氣對(duì)紅外線的吸收，更好地進(jìn)行紅外天文觀測(cè)，其工作光譜范圍被安排在1至500微米。望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)則采用了傳統(tǒng)的卡塞格林式設(shè)計(jì)，口徑36英寸（91.5厘米）。望遠(yuǎn)鏡安裝在機(jī)身的左上部，在飛行員座艙旁。與一般的紅外望遠(yuǎn)鏡一樣，它也設(shè)有冷卻系統(tǒng)，用液氮或其他低溫液體來(lái)保證望遠(yuǎn)鏡本身的熱量不會(huì)影響觀測(cè)。探測(cè)器則是可以拆卸的，每次飛行前，天文學(xué)家依自己的需要安裝測(cè)試不同的探測(cè)器。望遠(yuǎn)鏡副鏡是振蕩式的，可以前后運(yùn)動(dòng)以改變觀測(cè)視場(chǎng)。這是為方便消除圖象的躁點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。

杰拉德·柯伊伯 - 參考資料

[1] 上海網(wǎng) http://www.astron.sh.cn/picbase/fame/fame.html

[2] 中青在線 http://zqb.cyol.com/content/2006-08/30/content_1494661.htm