柯伊伯带是太阳系外侧,具体说来是海王星公转轨道之外、由众多星际物质和小行星体构成的一个圆盘状区域,距离太阳30-50个天文单位。它是由爱尔兰天文学家艾吉沃斯首先提出的,然后由柯伊伯于1951年通过科研论文的形式进行了完善,推测在太阳系形成的早期,其外围就拥有这种盘状结构。而在此之前人们发现的冥王星及其卫星卡戎就处于柯伊伯带之内,后来,在1992年,天文学家在此区域内发现了除冥王星和卫星卡戎之外的第一个柯伊伯带天体,此后又陆续发现了几千个小行星体。据科学家估计,柯伊伯带内的小行星天体数量要在百万颗以上。那么,这么多的小行星天体,能否聚合形成一个恒星,然后形成恒星系呢?
恒星形成的条件
从宇宙演化的进程来看,一颗恒星的形成是极其艰难的,必须要有足够的物质基础作保障,然后在外力的推动之下,通过众多星际物质的聚合这个途径,缓慢地引发内部核聚变反应。具体来说,需要以下的几个必备条件:
星际物质聚合形成星环。恒星的诞生,离不开“浓密”的星云空间,在引力波动以及星云物质自身引力的影响下,星云中的星际气体和尘埃间,开始启动激烈着的碰撞,从而引发星际物质的塌缩,使核心区域气体密度剧烈增加,同时星际物质失去的引力势能部分转化为热能,核心区域气体的温度也逐渐提升,最终形成一个内部压力与引力相互平衡的星环状态。更多的星际物质不断增加核心质量。在星环对周围星际物质巨大引力的作用下,使得周围星际物质在围绕它运转的同时,一部分被巨大的引力吸进核心区,从而不断壮大核心区的气体质量,同时推动核心区温度的不断提升。因此,如果星环周围没有充足的星际物质,特别是质量很轻的氢元素时,恒星的胚胎将很难形成。内部巨大的压力和温度推动核聚变的形成。当核心区域质量越增越大,自身引力作用将气体物质压进内部的程度越来越高时,相应的内部压力也越来越大,由引力势能转化为热能的数值就越高,核心区域的气体密度和温度会达到一个临界点,当温度超过700万摄氏度,就会激发氢原子核之间的聚变反应,两个氢原子核聚合形成一个氦原子核和两个正电子,同时释放大量的能量。这时原始恒星就诞生了。恒星进入主序期。当内核的核聚变产生向外的辐射压,与自身重力相平衡时,恒星就会处于相对稳定的状态,一方面阻止恒星的膨胀,另外一方面阻挡了外围星际物质继续被内核吸引,恒星的体积就会趋于稳定,进入源源不断向外界散发热量的成年阶段,即主序期。据科学家们测算,如果恒星在形成初期,周围星际物质的供给,达到不现有太阳质量的0.08倍时,最多只能形成褐矮星,一种核心的温度和压力不足以达到产生氢原子核聚变的星体,仅靠星际物质聚合时转化的热能维持存在,然后在寂静中慢慢冷却。
恒星系中行星形成的条件
当然,一个恒星系的形成,首先要存在一颗处于主序期内的恒星,然后要有围绕它运行的若干行星。通过刚才的分析,如果恒星的条件达到了,那么也并不意味着一定能够形成行星,主要取决于如下的条件:
除了恒星形成过程中所吸收的大量星际物质之外,还必须要有剩余的一部分星际物质,为行星诞生提供充足的物质来源。与恒星诞生前形成的星环时间要基本相同,在星环外围也要通过碰撞和引力作用,形成若干物质密集的核心区,然后通过核心区的相互融合,组合成可以吸引更多星际物质加入的行星内核。行星内核受到恒星或者其它大型星体的引力影响,不会从根本上改变吸引星际物质、以及继续发生物质聚合的进程。最后聚合而成的若干行星,要有固定的运行轨道,可以清除轨道内的其它天体,同时也不会被其它更大质量行星所清除。柯伊伯带的先天条件
据科学家们测算,柯伊伯带的小行星数量众多,还含有众多的冰封物质,也是太阳系内短周期彗星的发源地,其总质量要比木星和火星之间的小行星带大20-200倍。虽然其中包含的小行星数量众多,但对比以上恒星和行星产生的必备条件,其仍然存在不可弥补的缺陷,主要表现在:
一是星际物质密度极低。从柯伊伯带的分布区域来看,其横跨的宽度为30-50个天文单位,这个宽度要比小行星带宽20倍以上,因此小行星之间的距离甚至要比小行星带还要低很多。
二是缺乏核聚变的相应原料。对于原始恒星的形成来说,所吸收最轻的氢元素含量至关重要,否则能够激发内部核聚变的条件就会更加苛刻。而柯伊伯带这里的氢元素含量非常低,基本上都被太阳和邻近的气态行星瓜分完毕,失去了聚合形成原始恒星最起码的条件。
三是引力的作用效果有限。这里距离太阳以及其它恒星系都很远,受到的万有引力作用非常有限,而且小行星之间的平均距离很远,引力波动所引发的小行星之间的碰撞几率要比小行星带低很多,相互之间发生聚合的可能性微乎其微,更多的是通过碰撞改变运行轨迹,或者分解为质量更小的小行星。
总结一下
对照恒星和行星形成的条件,柯伊伯带无论是从星际物质贮备,还是引力波动方面,都无法推动形成小行星相互之间的聚合,根本不会形成一个新的太阳。即使将一颗成熟的恒星放到那里,由于周围星际物质的密度很低,以小行星为核心来吸收这些星际物质成为行星的可能性也几乎不存在,而且在恒星辐射推动的影响下,很多小行星将脱离原有的轨道,一部分重新在太阳系内进行分布,另外一部分逃离太阳系。同时,在这颗新恒生和太阳引力的推动下,太阳系内所有行星的运行规律将进行重排,将形成一个部分行星围绕太阳运行、另外一部分行星围绕这颗恒星运行的双星系统。