外星人眼中的太陽系(組圖)

這些由追蹤冰質微粒活動的電腦模型生成的圖像，代表了遙遠觀測者所看到的柯伊伯帶塵埃的紅外照片。這些模型首次包括了冰質微粒之間碰撞的影響。通過加快塵埃微粒對撞速度，電腦模擬顯示了從遠處看，太陽系的模樣如何隨時間變化

遠古時期柯伊伯帶的模擬照片與「哈勃」太空望遠鏡拍到的北落師門星光環照片有著驚人的相似之處。北落師門星是一顆位於南魚座的年輕恆星， 距地球25光年遠。2008年，「哈勃」望遠鏡發現一顆行星繞北落師門星光環運轉。在這張照片中，位於中心地帶的明亮恆星已被遮擋住，以便讓我們可以看到其周圍相對模糊的光環。

據美國宇航局官網報導，美國科學家運用超級電腦對數以千計的星際塵埃之間的相互作用進行了模擬，模擬結果不僅顯示了太陽繫在外星人眼中的模樣，同時還表明隨著太陽系趨於成熟，這個行星系的狀況可能也跟著發生了變化。

鎖定柯伊伯帶塵埃微粒

領導實施這項研究的美宇航局戈達德太空飛行中心天體物理學家馬克·庫切納(Marc Kuchner)表示：「行星可能因過於暗淡，不能被直接發現，但研究太陽系的外星人或許能輕易確定海王星的存在——這顆行星的引力會在塵埃中留下空隙。我們希望，這些電腦模型有助於我們發現繞其他恆星運轉的海王星大小的系外行星。」

研究人員追蹤的星際塵埃來自柯伊伯帶(Kuiper Belt)，這是一個位於海王星軌道之外的碟形地帶，在那裡，包括冥王星在內的數以百萬計的冰質天體繞太陽軌道旋轉。科學家認為，柯伊伯帶其實就是織女星、北落師門星等恆星周圍的塵埃盤更古老、更狹長的版本。

庫切納在戈達德太空飛行中心以前的同事克里斯托弗·斯塔克說：「最新模擬結果還使我們可以看到柯伊伯帶的塵埃在太陽系更為年輕時的狀況。實際上，我們可以回到過去，瞭解從遙遠的地方觀測太陽系可能發生了怎樣的變化。」斯塔克如今供職於華盛頓特區的卡內基科學研究所。

柯伊伯帶內的物體偶爾會相互碰撞，這種劇烈的碰撞過程產生了大量冰質微粒。但是，追蹤這種塵埃微粒在太陽系的活動絕非易事，因為除了太陽和行星的引力外，它們還遭受到各種力量的影響。例如，太陽風也會影響星際塵埃，將其拖到離太陽更近的地方，在這種情況下，陽光要麼將塵埃向內拖拽，要麼向外推。塵埃會遭遇怎樣的結局，則取決於它們的大小。

塵埃相撞扮演重要角色

塵埃微粒還會撞在一起，碰撞可以摧毀這些脆弱的微粒。新電腦模型首次涵蓋塵埃微粒之間的碰撞，有關這次研究的論文已刊登在9月7日出版的《天文學雜誌》上。庫切納說：「人們感覺對塵埃碰撞的計算無法實現，因為需要密切跟蹤這些如此之小的微粒。我們找到了實現這一目標的途徑，為全面瞭解整個過程創造了條件。」

在美宇航局「發現」超級電腦的幫助下，研究人員對7.5萬個塵埃微粒進行了跟蹤研究，將它們與系外行星、陽光、太陽風以及彼此之間的相互作用記錄下來。電腦模擬的塵埃微粒大小不一，大到相當於針眼的直徑(1.2毫米)，小到只有針眼直徑的千分之一，即相當於煙塵中的顆粒大小。在電腦模擬期間，研究人員依據他們當前對塵埃微粒生成速度的估計，將其放入在今天的柯伊伯帶發現的三種軌道中的一種。

從電腦模擬生成的數據中，研究人員製作出了代表從遠處看到的太陽系紅外圖像的合成照片。通過一種稱為共鳴的引力效應，海王星令附近塵埃微粒進入優先軌道。這使得海王星附近產生了一個「清除區」，同時，在其圍繞太陽運行前後，塵埃微粒數量增加。斯塔克解釋說：「我們從中瞭解到的一件事是，即便在今天的太陽系中，塵埃碰撞仍然在柯伊伯帶扮演著重要角色。」

這是因為，碰撞往往會在大的塵埃微粒活動到距其生成地很遠的地方之前，便將它們統統摧毀，導致橫跨海王星軌道兩邊的塵埃光環相對稠密。為準確瞭解柯伊伯帶更年輕、更笨重版本的狀況，研究小組利用超級電腦加快塵埃生成速度。過去，柯伊伯帶含有更多碰撞更為頻繁的物體，從而以更快的速度產生塵埃微粒。塵埃微粒數量越多，微粒之間的撞擊就越頻繁。

全面掌握太陽系塵埃盤信息

藉助運用更高對撞速度的不同模型，研究小組根據塵埃生成數量製作出相應的圖像，與最初的模型相比，這些模型產生塵埃的強度分別是前者的10倍、 100倍和1000倍。科學家由此推算出在柯伊伯帶的年代分別為7億年、1億年和1500萬年時，塵埃在數量增加後對周圍環境的影響。

庫切納說：「結果讓我們大吃一驚。」隨著對撞變得日趨重要，大塵埃微粒從柯伊伯帶逃生的機率大大降低。隨著時間的推移，今天的塵埃盤變成一個稠密、明亮的光環，而這個光環與其他恆星(特別是北落師門星)周圍的光環具有驚人的相似之處。

斯塔克說：「令人驚奇的是，我們以前在其他恆星周圍見過這些狹長的光環。下一步，我們將會模擬北落師門星和其他恆星周圍的塵埃盤，以瞭解塵埃分布如何向我們透露行星存在的信息。」研究人員還計畫通過製作更靠近太陽的其他天體的模型，更為全面地掌握太陽系塵埃盤的信息，包括柯伊伯帶以及數千個因木星引力而聚在一起的所謂特洛伊小行星。