天文学家发现隐藏在柯伊伯带中的神秘“内核”——这意味着什么？

柯伊伯带的主要部分始于海王星轨道。图片来源：uux.cn/NASA

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：在我们太阳系的行星之外，有一个广阔而神秘的区域，被称为柯伊伯带，这是一片寒冷冰冷的区域，从海王星轨道延伸到距离太阳约50天文单位（AU）。多年来，科学家们一直将该地区视为遗迹——太阳系早期未被触及的遗迹。但尽管经过数十年研究，柯伊伯带依然让我们惊喜。

2011年，天文学家观测到一个奇特的现象：位于柯伊伯带内约44天文单位处的一群密集天体。他们将该区域称为“核”，并很快意识到它与带内其他部分不同。这里的天体轨道特征截然不同——轨道更圆，且与太阳平面更为接近对齐。与其他柯伊伯带天体（KBOs）更为不规则的运动相比，它们显得平静，几乎稳定。当时，该核被认为是更大、动态冷天体群体的一部分，但其完整性质仍有疑问。

快进到今天，天文学家们仍在揭开这个奇异区域的谜团。一项新研究，最近作为预印本发表在arXiv上，深入探讨柯伊伯带的结构，寻找更多隐藏的模式。研究团队采取了大胆的方法，使用复杂的聚类算法，探索了1650个经典KBO的数据——这些天体以相对稳定的方式绕太阳运行。

他们采用的技术称为DBSCAN（基于密度的噪声空间聚类应用），该技术曾在其他天文领域使用，但尚未应用于柯伊伯带。通过计算这些KBO的轨道性质——如偏心率（轨道延伸程度）、倾角（轨道相对于太阳面的倾角）及其他因素——研究人员试图揭示柯伊伯带内隐藏的星系团。

他们发现了令人震惊的事实：不仅发现了核心，还发现了紧邻其旁边的一个全新特征——他们称之为“内核”的区域。该新发现的结构位于约43天文单位，在多个方面与核不同。最显著的是，其轨道偏心率范围更窄，表明它可能代表一个独立的KBO群体。

事实上，团队估计内核可能包含多达10%的经典KBO。这一发现虽然仍属初步，但可能是深入理解柯伊伯带形成及其天体分布的关键。但故事并未就此结束。

虽然发现内核令人兴奋，但它仍然笼罩在不确定之中。关键问题是核心和内核是否真正独立，还是它们只是更大、更复杂结构的一部分。这两个区域的区别很大程度上取决于聚类算法的应用方式——研究人员在论文中也承认了这一点。

研究人员解释说：“这里描述的内核的发现是通过条件式使用DBSCAN实现的——要求DBSCAN恢复内核，并在这些情况下是否同时识别出其他集群。”“然而，除去这一条件后，内核和核究竟是一个单独的组合结构，还是实际上是两个独立的结构，尚不清楚。”

这种细微差别为一个可能性：看似两个独立的区域实际上可能是一个巨大的结构。解决这一谜团的关键在于算法参数的细节和数据的解读。内核是否是真实特征，还是仅仅是数据分析方法的结果，目前仍未有答案。

尽管这一发现令人着迷，但现在下定论还为时过早。然而，来自即将进行的巡天，尤其是维拉·C·鲁宾天文台的新数据，可能为解开谜题提供了必要的澄清。这座强大的观测站有望对柯伊伯带进行更精确的测量，可能证实或否定内核作为独立实体的存在。

然而，对研究人员来说，无论内核是独立特征还是仅仅是更大核的一部分，柯伊伯带内存在第二个结构的可能性都非常重要。团队提出了两种可能的解释情况：要么核比之前认为的要大得多，要么在冷的经典柯伊伯带内确实存在一个额外的独特结构。

“正如这里描述的，内核是附加成分，”他们肯定地说。无论哪种情况，这对我们理解柯伊伯带都将具有深远意义，为这一太阳系偏远区域天体的分布和特征带来新的启示。

柯伊伯山带不仅仅是遥远的冰冻天体集合。它是太阳系早期岁月的快照，那时行星还在形成，我们宇宙邻近的建筑正在塑造中。通过研究柯伊伯带，我们可以获得关于不仅是我们太阳系，也是其他太阳系形成过程的宝贵见解。

如果内核实际上是一个独立结构，这将表明柯伊伯带比我们想象的复杂得多，不同天体群体之间表现各异。这一发现有助于我们理解太阳系结构如何在其初期被引力、碰撞及其他动态过程塑造。

此外，随着天文学家继续探索太阳系的外围，每一项新发现都在上一个基础上不断扩展，呈现出我们天体邻近的更完整图景。通过揭示柯伊伯带内的新结构，研究人员可能揭示的秘密不仅能解释过去，还能帮助我们理解太阳系的当前与未来动态。

归根结底，寻找核心和内核背后的真相，不仅仅是寻找遥远的天体——更是对我们宇宙家园根基的探索。

更多信息：Amir Siraj 等，《经典柯伊伯带的内核》，arXiv（2025）。DOI：10.48550/arxiv.2511.07512