柯伊伯帶是一種理論推測認為短周期彗星是來自離太陽50—500天文單位的一個環(huán)帶。位于太陽系的盡頭，其名稱源于荷蘭裔美籍天文學(xué)家柯伊伯(Kuiper)。

全稱為艾吉沃斯-柯伊伯帶(英語：Edgeworth-Kuiper belt;EKB，一般簡稱作柯伊伯帶，或譯作古柏帶、庫柏帶等)

 柯伊伯帶

柯伊伯帶位于太陽系的盡頭，其名稱源于荷蘭裔美籍天文學(xué)家柯伊伯(Kuiper)。早在上世紀50年代，柯伊伯和埃吉沃斯(Edgeworth)就預(yù)言：在海王星軌道以外的太陽系邊緣地帶，充滿了微小冰封的物體，它們是原始太陽星云的殘留物，也是短周期彗星的來源地。

1992年，人們找到了第一個柯伊伯帶天體(KBO);如今已有約1000個柯伊伯帶天體被發(fā)現(xiàn)，直徑從數(shù)千米到上千公里不等。許多天文學(xué)家認為：由于冥王星的個頭和柯伊伯帶中的小行星大小相當(dāng)，所以冥王星應(yīng)該被排除在太陽系行星之外，而歸入柯伊伯帶小行星的行列當(dāng)中;而冥王星的衛(wèi)星則應(yīng)被視作其伴星。不過，因冥王星是在柯伊伯帶理論出現(xiàn)之前被發(fā)現(xiàn)的，所以傳統(tǒng)上仍被認為是行星。無論如何，柯伊伯帶的存在現(xiàn)已是公認的事實，但柯伊伯帶為什么會存在等種種疑問成為太陽系形成理論的許多未解謎團的一部分。

在距離太陽40～50個天文單位的位置，低傾角的軌道上，過去一直被認為是一片空虛，太陽系的盡頭所在。但事實上這里滿布著大大小小的冰封物體，熱鬧無比，就是柯伊伯帶?？乱敛畮乾F(xiàn)時我們所知的太陽系的邊界，是太陽系大多數(shù)彗星的來源地。柯伊伯帶上的這些物體是怎么成形的呢?如果按照行星形成的吸積理論來解釋，那就是他們在繞日運動的過程中發(fā)生碰撞，互相吸引，最后粘附成一個個大小不一的天體，形成現(xiàn)在的樣子。

可是這個理論有個致命的問題!如果在柯伊伯帶目前的位置，要形成直徑上千公里的天體，那么柯伊伯帶上物體的總質(zhì)量至少要是地球質(zhì)量的10倍以上。可是目前推估的柯伊伯帶總質(zhì)量，不過只有地球質(zhì)量的十分之一。其他99%的質(zhì)量，難道憑空消失了?

為了解開這個謎團，幾年來陸續(xù)有好幾個理論出現(xiàn)，可惜它們都有一些明顯的限制。如今，美國西南研究院(SwRI，Southwest Research Institute)的Harold Levison教授以及法國de la Cote d'Azur天文臺的Alessandro Morbidelli教授共同提出了一個理論，認為柯伊伯帶天體是在距離太陽更近的位置成形后，再被海王星一個個甩出去的，因此躲開了柯伊伯帶總質(zhì)量不足的問題。

起源

外行星和柯伊伯帶的摹擬：(a)木星和土星2:1共振之前，(b)在海王星軌道遷徙之后，柯伊伯帶天體被散射至太陽系內(nèi) (c)柯伊伯帶天體被木星排斥之后。柯伊伯帶的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和精確的起源仍是不清楚的，因此天文學(xué)家在等待泛星計劃 (Pan-STARRS) 望遠鏡巡天的結(jié)果，那些應(yīng)該會揭露更多目前不知道的柯伊伯帶天體，并在測量后對它們有更多的了解。[1]

柯伊伯帶被認為包含許多微星，它們是來自環(huán)繞著太陽的原行星盤碎片，它們因為未能成功的結(jié)合成行星，因而形成較小的天體，最大的直徑都小于3,000公里。

近代的計算機模擬顯示柯伊伯帶受到木星和海王星極大的影響，同時也認為即使是天王星或海王星都不是在土星之外的原處形成的，因為只有少許的物質(zhì)存在于這些地區(qū)，因此如此大的天體不太可能在該處形成。換言之，這些行星應(yīng)該是在離木星較近的地區(qū)形成的，但在太陽系早期演化的期間被拋到了外面。1984年，費南德茲和艾皮的研究認為與被拋射天體的角動量交換可以造成行星的遷徙[2]。終于，軌道的遷徙到達木星和土星形成2:1共振的確切位置：當(dāng)木星繞太陽運轉(zhuǎn)兩圈，土星正好繞太陽一圈。引力如此的共振所產(chǎn)生的拉力，最終還是打亂了天王星和海王星的軌道，造成它們的位置交換而使海王星向外移動到原始的柯伊伯帶，造成了暫時性的混亂[3]。當(dāng)海王星向外遷徙時，它激發(fā)和散射了許多外海王星天體進入更高傾角和更大離心率的軌道[4]。

然而，目前的模型仍然不能說明許多分布上的特征，引述其中一篇科學(xué)論文的敘述[5]：這問題繼續(xù)挑戰(zhàn)分析技術(shù)和最快速的數(shù)值分析軟件和硬件。

組織

以最完整的范圍，包括遠離中心最外側(cè)的區(qū)域，柯伊伯帶大約從30天文單位伸展到55天文單位。然而，一般認為主要的部份 (參考下文) 只是從39.5天文單位的2:3共振區(qū)域延展到48天文單位的1:2共振區(qū)域?？乱敛畮Х浅５谋。饕性邳S道平面上下10度的范圍內(nèi)，但還是有許多天體散布在更寬廣數(shù)倍的間內(nèi)。總之，它不像帶狀而更像花托或甜甜圈 (多福餅) [6]。而且，這意味著柯伊伯帶對黃道平面有1.86度的傾斜[7]。

以半長軸為準的軌道分類。由于存在著軌道共振，海王星對柯伊伯帶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大的作用。在與太陽系年齡比較的時標上，海王星的引力使在某些軌道上的天體不穩(wěn)定，不是將她們送入內(nèi)太陽系內(nèi)，就是逐入離散盤或星際空間內(nèi)。這在柯伊伯帶內(nèi)制造出一些與小行星帶內(nèi)的柯克伍德空隙相似的空白區(qū)域。例如，在40至42天文單位的距離上，沒有天體能穩(wěn)定的存在于這個區(qū)間內(nèi)。無論何間，在這個區(qū)間內(nèi)被觀測到的天體，都是最近才進入并且會被移出到其他的空間[8]。

傳統(tǒng)的柯伊伯帶

主條目：傳統(tǒng)柯伊伯帶天體

大約在 ~42至 ~48天文單位，雖然海王星的引力影響已經(jīng)是微不足道的，而且天體可以幾乎不受影響的存在著，這個區(qū)域就是所謂的傳統(tǒng)柯伊伯帶，并且目前觀測到的柯伊伯帶天體有三分之二在這兒[9][10]。因為近代第一個被發(fā)現(xiàn)的柯伊伯帶天體是1992 QB1，因此它被當(dāng)成這類天體的原型，在柯伊伯帶天體的分類上稱為類QB1天體 [11][12]。

傳統(tǒng)的柯伊伯帶愾來是兩種不同族群的綜合體，第一類是"dynamically cold"的族群，比較像行星：軌道接近圓形，軌道離心率小于0.1，相對于黃道的輕腳低于10度 (它們的軌道平面貼近黃道面，沒有太大的傾斜)。第二類是"dynamically hot"的族群，軌道有較大的傾斜 (可以達到30度) 。這兩類會有這樣的名稱主要并不是因為溫度上的差異，而是以微小的氣體做比喻，當(dāng)它們變熱時，會增加它們的相對速度[13]。這兩種族群不僅是軌道不同，組成也不同，冷的族群在顏色比熱的紅，暗示它們在不同的環(huán)境形成。熱的族群相信是在靠近木星的地區(qū)形成，然后被氣體巨星拋出。而另一方面，冷的族群雖然也可能是海王星在向外遷徙時清掃出來的，但無論是較近或較遠，相信是在比較靠近目前所在的位置形成的[1][14]。

共振

主條目：共振外海王星天體

類QB1天體、冥族小天體和鄰近散射天體的分布。當(dāng)一個天體的軌道周期與海王星有明確的比率時 (這種情況稱為平均運動共振)，如他它們的相對基線是適當(dāng)?shù)?，它們可能被鎖定在與海王星同步的運動，以避免受到攝動而使軌道變得不穩(wěn)定。如果天體在這種正確的軌道上，在實例上，如海王星每繞太陽三周它便會繞行二周，則每當(dāng)它回到原來的位置時，海王星總比它多運行了半條軌道的距離，因為這時海王星在軌道上繞行了1.5圈。這就是所謂的2:3 (3:2)的軌道共振，這種軌道特征的半長軸大約是39.4天文單位，而已知的2:3共振天體，包括冥王星和他的衛(wèi)星在內(nèi)，已經(jīng)超過200個[15]，而這個家族的成員統(tǒng)統(tǒng)歸類為冥族小天體。許多冥族小天體，包括冥王星，都會穿越過海王星的軌道，但因為共振的緣故，永遠不會與海王星碰撞。 其有一些，像是歐侉爾和伊克西翁的大小，都已經(jīng)大到可以列入類冥矮行星的等級[16][17]。冥族小天體有高的軌道離心率，因此它們當(dāng)初原本應(yīng)該不是在現(xiàn)在的位置上，而是因為海王星的軌道遷徙被轉(zhuǎn)換到這兒的[18]。1:2共振 (每當(dāng)海王星轉(zhuǎn)一圈，它才完成半圈) 的軌道半長軸相當(dāng)于47.7天文單位，但數(shù)量稀稀落落的[19]，這個族群有時會被稱為twotino。較小的共振族群還有3:4、3:5、4:7和2:5.[20]。海王星也有特洛伊小行星，它們位于軌道前方和后方的L4和L5的重力穩(wěn)定點上。海王星特洛依有時被稱為與海王星1:1共振。海王星特洛依在它們的軌道上是穩(wěn)定的，但與被海王星捕獲有所不同，它們被認為是沿著軌道上形成的[18]。

另外，還沒有明確的理由可以解釋在半長軸小于39天文單位的距離內(nèi)缺乏共振的天體。當(dāng)前被接受的假說是在海王星遷徙時被驅(qū)離了，因為這個區(qū)域在遷移中是軌道不穩(wěn)定的地區(qū)，因此在這兒的任何天體不是被掃清，就是被重力拋出去[21]。

柯伊伯?dāng)嘌?/p>

圖示為柯伊伯帶天體與太陽距離的數(shù)量關(guān)系。1:2共振之外已知的數(shù)量非常少，看起來是個邊界，但還不能確定這是傳統(tǒng)柯伊伯帶外側(cè)的邊界，還是只是一個寬闊的空隙。觀測到2:5共振的距離大約在55天文單位，被認為在傳統(tǒng)柯伊伯帶之外;然而，預(yù)測上在傳統(tǒng)柯伊伯帶與共振帶之間的大量天體尚未被觀測到[18]。

早期的柯伊伯帶模型認為在50天文單位之外的大天體數(shù)量應(yīng)該增加二個數(shù)量級[22]，因此，這突然的數(shù)目下降，被稱為"柯伊伯?dāng)嘌?quot;，是完全未被預(yù)料到的，并且它的原因至今仍不清楚。伯恩斯坦和屈林 (Trilling)等人發(fā)現(xiàn)直徑在100公里或更大的天體在50天文單位的距離上確實突然減少的證據(jù)，并不是觀測上造成的偏差。可能的解釋是在那個距離上的物質(zhì)太缺乏或太分散，因此不能成長為較大的天體;或者是后續(xù)的過程摧毀了已經(jīng)形成的天體[23]。日本神戶大學(xué)的向井正和Patryk Lykawka則主張一個大小有如地球，尚未曾被看見的行星，或許應(yīng)該對這件事負責(zé)[24][25]，并且可能在未來的10年內(nèi)發(fā)現(xiàn)這個天體

存在意義

20年前，科學(xué)家就已經(jīng)知道行星的軌道會漂移，特別是天王星與海王星，更是從成形之后就已經(jīng)逐漸向外移動。Levison和Morbidelli提出的理論模型認為：太陽系原始星云有一個過去并不曉得的邊界，大概就是現(xiàn)在海王星的位置，也就是距離太陽約30天文單位的地方。在這個范圍內(nèi)，各個行星、衛(wèi)星、小行星、彗星以及現(xiàn)在柯伊伯帶上的天體都有足夠的質(zhì)量得以碰撞吸積成形;而在這個范圍以外，就是空無一物的太空。當(dāng)這些大天體成形并逐漸向外移動的時候，柯伊伯帶上的天體也被帶著往外遷移。然后當(dāng)海王星碰到太陽系原始星云的邊界后，它不得不停下來，因此才會停留在現(xiàn)在的軌道上。至于這些柯伊伯帶上的天體，就在海王星遷移的最后一個階段，逐漸被甩出去而形成。

國際天文學(xué)聯(lián)合會大會投票5號決議，部分通過新的行星標準，冥王星被排除在行星行列之外，而將其列入“矮行星”。自此，九大行星已經(jīng)成為歷史，雖然教科書已經(jīng)印刷的不做更改，但科學(xué)上已經(jīng)為“八大行星”。

國際天文學(xué)聯(lián)合會第26屆大會剛剛通過了行星新定義，根據(jù)決議，冥王星被從太陽系九大行星中“除名”后，為表示該含義建議將其中文譯名改為冥神星，以體現(xiàn)低于天王星、海王星，而與谷神星、婚神星等同屬矮行星的含義。

相對于200多年前發(fā)現(xiàn)的谷神星和近30年前發(fā)現(xiàn)的卡戎，齊娜是一個完全陌生的新來者。2003UB313的編號表示科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它時所依據(jù)的觀測數(shù)據(jù)是2003年獲得的。

齊娜的公轉(zhuǎn)軌道是個很扁的橢圓，它公轉(zhuǎn)一周需要560年，離太陽最近的距離是38個天文單位(1天文單位為地球到太陽的距離，約1.5億公里)，最遠時為97個天文單位。由于齊娜是如此遙遠，哈勃望遠鏡給它拍到的最好照片，也只能顯示出一個分辨率極低的白色光點。

天文學(xué)家目前認為，齊娜的直徑約2300公里至2500公里，只比冥王星略大?？茖W(xué)家說，齊娜的大氣可能由甲烷和氮組成，現(xiàn)在它離太陽太遠，大氣都結(jié)成了冰;當(dāng)它運動到近日點時，表面溫度將有所升高，甲烷和氮會重新變成氣態(tài)。至于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在還只能猜測，有可能是冰和巖石的混合物，與冥王星類似。

齊娜有一顆衛(wèi)星，科學(xué)家暫時稱之為加布里埃爾，他是好戰(zhàn)公主齊娜的隨從。這些非正式的名字最終都將被正式名稱取代。

奧爾特云與柯伊伯帶

1950年，荷蘭天文學(xué)家奧爾特(J.H.Oort)作了彗星軌道的統(tǒng)計研究，發(fā)現(xiàn)軌道半徑為3萬至10萬天文單位的彗星數(shù)目很多，他推算那里有個大致球?qū)訝畹腻缧莾欤猩锨|顆彗星。早在1932年歐匹克(E.Opiek)也曾提出過類似看法，因而這個彗星儲庫稱為“奧爾特云”或“奧爾特一歐匹克云”，那里的彗星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期長達幾百萬年。按照近年的更仔細研究，奧爾特云中有上萬億至十萬億顆彗星。當(dāng)然，這些遙遠的彗星絕大多數(shù)尚不能直接觀測到，只有在恒星的引力攝影動下或彗星相互碰撞時，有的彗星發(fā)生很大的軌道變化，當(dāng)它沿扁長軌道進入內(nèi)太陽系時，才成為“新”彗星被觀測發(fā)現(xiàn)。

1951年，美國天文學(xué)家柯伊伯(G.Kuiper)研究彗星性質(zhì)與彗星形成，認為在太陽系原始星云很冷的外部區(qū)里的揮發(fā)物凝聚為冰體一彗星，當(dāng)外行星在冰體群中長大時，外行星的引力彌散作用使一些彗星驅(qū)入奧爾特云，但是冥王星之外沒有行星形成，他提出冥王星之外有個彗星帶一即柯伊伯帶，那里有很多彗星，它們的軌道近于圓形，軌道面對黃道面傾角不大。1964年，惠普爾(F.Whipple)等提出，冥外彗星帶會引起外行星及彗星引力攝動，若此帶在40天文單位處，則彗星總質(zhì)量約為地球質(zhì)量的80%;若在50天文單位處，則總質(zhì)量為地球的1.3倍。1988年鄧肯(M.Duncan)證明，柯伊伯帶是短周期彗星的主要源，而奧爾特云不是它們的源區(qū)。

柯伊伯帶天體

正如前面所述的，近年新發(fā)現(xiàn)的冥外天體1992QB1(Smiley)和1993FW應(yīng)是柯伊伯帶內(nèi)邊界區(qū)的彗星(盡管現(xiàn)在以小行星方式命名)，而離太陽32至35天文單位的1993RO、1993RP、1993SB、1993SC可能是從柯伊伯帶攝動出來、處在向短周期演變的天體。柯伊伯帶從離太陽40天文單位外延到幾百天文單位(其外界尚不知道)，估計此帶中的彗星有上萬顆，它們是太陽系形成時期的原始冰體殘留下來的，這些彗星保存著太陽系原始物質(zhì)的信息。歐洲空間局將在2003年發(fā)射羅賽達(Rosetta)飛船會合由柯伊伯帶來的短周期彗星，揭示彗星性質(zhì)及太陽系形成的奧秘。

在內(nèi)太陽系有四顆所謂的類地行星，火星處于最外層。再往外是由氣體和冰構(gòu)成的超大行星。再往外，才是埋沒在大群小行星和彗星之中的由冰和巖石構(gòu)成的冥王星。

50年前，一位名叫吉納德·柯伊伯的科學(xué)家首先提出在海王星軌道外存在一個小行星帶，其中的星體被稱為KBO(Kuiper Belt Objects)。1992年，人類發(fā)現(xiàn)了第一個KBO;今天，我們知道KBO地帶有大約10萬顆直徑超過100公里的星體。以后，天文學(xué)界就以納德·柯伊伯名字命名此小行星帶。

柯伊伯帶天體，是太陽系形成時遺留下來的一些團塊。在45億年前，有許多這樣的團塊在更接近太陽的地方繞著太陽轉(zhuǎn)動，它們互相碰撞，有的就結(jié)合在一起，形成地球和其他類地行星，以及氣體巨行星的固體核。在遠離太陽的地方，那里的團塊處在深度的冰凍之中，就一直原樣保存了下來。柯伊伯帶天體也許就是這樣的一些遺留物，它們在太陽系剛開始形成的時候就已經(jīng)在那里了。

柯伊伯帶是現(xiàn)時我們所知的太陽系的邊界，是太陽系大多數(shù)彗星的來源地。有天文學(xué)家認為，由于冥王星的大小和柯伊伯帶的小行星的大小相約，所以冥王星應(yīng)該排除在九大行星之列，而歸入柯伊伯帶小行星的行列當(dāng)中;而冥王星的衛(wèi)星則應(yīng)被當(dāng)作是冥王星的伴星。

在距離太陽 40～50個天文單位 的位置，低傾角的軌道上，過去一直被認為是一片空虛，太陽系的盡頭所在。但事實上這里滿布著徑從數(shù)公里到上千公里的冰封物體，熱鬧無比，就是柯伊伯帶?？乱敛畮系倪@些物體是怎么成形的呢?如果按照行星形成的吸積理論來解釋，那就是他們在繞日運動的過程中發(fā)生碰撞，互相吸引，最后黏附成一個個大小不一的天體，形成現(xiàn)在的樣子。

柯伊伯帶是現(xiàn)時我們所知的太陽系的邊界，是太陽系大多數(shù)彗星的來源地。有天文學(xué)家認為，由于冥王星的大小和柯伊伯帶的小行星的大小相約，所以冥王星應(yīng)該排除在太陽系的行星之外，而歸入柯伊伯帶小行星的行列當(dāng)中;而冥王星的衛(wèi)星則應(yīng)被當(dāng)作是其伴星。

發(fā)現(xiàn)經(jīng)過

黃色點環(huán)為柯伊伯帶1950 年代，柯伊伯 (Kuiper) 和 埃吉沃斯 (Edgeworth) 預(yù)測在海王星的軌道以外，充滿了微小冰封的物體，他們是原始太陽系星云的殘存物質(zhì)，也是短周期彗星的來源地。1992 年，人們找到第一個柯伊伯帶天體;如今大約有 1000 個柯伊伯帶天體被發(fā)現(xiàn)的紀錄，而且有許多天文學(xué)家認為，冥王星應(yīng)該也是柯伊伯帶的一份子，只是冥王星在柯伊伯帶理論出現(xiàn)前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，所以才被認為是行星。無論如何，柯伊伯帶的存在已是公認的事實，但柯伊伯帶為什么會存在等種種疑問卻也成為太陽系形成理論的許多未解謎團。

柯伊伯帶之謎

可是這個理論有個致命的問題：如果在柯伊伯帶目前的位置，要形成直徑上千公里的天體，那么柯伊伯帶上物體的總質(zhì)量至少要是地球質(zhì)量的 10 倍以上，可是目前推估的柯伊伯帶總質(zhì)量，不過只有地球質(zhì)量的十分之一，其他 99% 的質(zhì)量，難道憑空消失了?

為了解開這個謎團，幾年來陸續(xù)有好幾個理論出現(xiàn)，可惜它們都有一些明顯的限制。如今，美國西南研究院 (SwRI，Southwest Research Institute) 的 Dr. Harold Levison 以及法國 de la Cote d'Azur 天文臺的 Dr. Alessandro Morbidelli 共同提出了一個理論，認為柯伊伯帶天體是在距離太陽更近的位置成形后，再被海王星一個個甩出去的，因此躲開了柯伊伯帶總質(zhì)量不足的問題。

20 年前，科學(xué)家就已經(jīng)知道行星的軌道會飄移，特別是天王星與海王星，更是從成形之后就已經(jīng)逐漸向外移動。Levison 和 Morbidelli 提出的理論模型認為，太陽系原始星云有一個過去并不曉得的邊界，大概就是現(xiàn)在海王星的位置，也就是距離太陽約 30AU 的地方。在這個范圍內(nèi)，各個行星、衛(wèi)星、小行星、彗星以及現(xiàn)在柯伊伯帶上的天體都有足夠的質(zhì)量得以碰撞吸積成形，而在這個范圍以外，就是空無一物的太空。當(dāng)這些大天體成形并逐漸向外移動的時候，柯伊伯帶上的天體也被帶著往外遷移，然后當(dāng)海王星碰到太陽系原始星云的邊界后，它不得不停下來，因此才會停留在現(xiàn)在的軌道上。至于這些柯伊伯帶上的天體，就在海王星遷移的最后一個階段，逐漸被甩出去而形成。