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古柏帶

古柏帶是太陽系外側一個甜甜圈形狀的區域,由許多冰質天體組成,位於海王星軌道之外。它的主要部分從距離太陽大約30天文單位延伸到大約50天文單位,天文單位是地球到太陽的平均距離。這使得古柏帶主要部分的直徑大約是100天文單位,也就是150億公里。在主要部分之外,古柏帶並沒有單一明確的外緣,還有一群較稀疏的天體分布得更遠。

大小

一天文單位(au)精確地等於149597870700公尺,大約是1.5億公里。根據NASA的資料,古柏帶的內緣始於海王星軌道,距離太陽大約30天文單位,主要區域則延伸到大約50天文單位為止。在大約47天文單位之外,軌道平穩且接近正圓形的天體數量會急遽減少,這個邊界稱為「古柏懸崖」。以主要區域外緣來測量,古柏帶的寬度大約是100天文單位,也就是150億公里。

古柏帶並不像圓環一樣扁平,而是像膨起的圓盤一樣厚實。其中許多天體被稱為「傳統古柏帶天體」,平均在距離太陽40到50天文單位的軌道上運行。與外緣重疊的還有另一個區域,稱為「離散盤」,其中的天體沿著拉長、傾斜的軌道運行,最遠可達將近1000天文單位。有些天文學家將這兩個區域視為各自獨立,但由於它們的邊界互相重疊,任何單一數字都只能是古柏帶大小的概略估計。

大小比較

  • 以外緣計算,古柏帶的寬度是海王星至太陽距離的三倍以上。
  • 光穿越古柏帶大約需要14小時,比半個光日稍微多一點。
  • 矮行星冥王星的直徑是2377公里,它的軌道範圍是距離太陽大約30到49天文單位,幾乎橫跨整個古柏帶的主要區域。
  • 如果把太陽縮小到籃球的大小,海王星的軌道大約會在780公尺外,古柏帶外緣則大約在1.3公里外,也就是說古柏帶的直徑大約是2.6公里。

發現與命名

古柏帶得名自天文學家傑拉德·古柏(Gerard Kuiper),他在1951年發表的一篇論文中,推測冥王星之外可能存在天體。肯尼斯·埃奇沃斯(Kenneth Edgeworth)在1940年代也曾撰文討論過類似的天體,因此這個區域有時也被稱為「埃奇沃斯-古柏帶」。冥王星於1930年被發現,是第一個被發現的古柏帶天體。天文學家從1990年代初開始陸續發現了更多這樣的天體。

古柏帶裡有什麼

天文學家認為,古柏帶中有數以百萬計的小型冰質天體,其中數十萬個的直徑超過100公里。除了岩石與水冰之外,這些天體還含有氨和甲烷等其他凍結物質。矮行星冥王星、鬩神星、妊神星與鳥神星都是擁有自己衛星的古柏帶天體。儘管如此,據估計,古柏帶所有物質加起來的總質量,也不超過地球質量的十分之一左右。

根據NASA的資料,截至2025年,只有「新視野號」一艘太空船曾經造訪過古柏帶。它在2015年7月飛掠冥王星,並在2019年1月1日飛掠一個名為「阿羅科特」(Arrokoth)的小天體。它拍攝的影像顯示,這個天體由兩個瓣狀部分連接而成,看起來像一個略微壓扁的紅色雪人。

古柏帶如何形成

古柏帶中的冰質天體,被認為是太陽系形成後遺留下來的物質。海王星的重力大幅擾動了這個區域,使這些天體始終無法聚合成一顆行星。根據一個獲得廣泛支持的理論,太陽系形成初期,各巨行星的軌道曾經發生變化,海王星因此向外移動,穿過一個密集的冰質天體圓盤。當初大部分的原始物質,質量可能是地球的7到10倍,可能因此而流失。

古柏帶至今仍在緩慢地耗損中。其中的天體有時會互相碰撞,破碎成更小的碎片,其中一部分後來會變成彗星。

參考資料

  • Kuiper Belt: Facts. NASA Science, 2025.
  • Kuiper Belt. NASA Science, 2025.
  • The Edges of Planetary Systems: Falling Off the Kuiper Cliff in a Dissipating Gas Disk. Li and Chiang, The Astrophysical Journal (accepted), 2026.
  • Past the outer rim, into the unknown: structures beyond the Kuiper Cliff. de la Fuente Marcos and de la Fuente Marcos, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2024.
  • Pluto: Facts. NASA Science, 2025.
  • Neptune: Facts. NASA Science, 2025.
  • Measuring the Universe. International Astronomical Union.
  • Speed of light in vacuum. NIST CODATA, 2022.
  • Sun Fact Sheet. NASA, 2024.
  • Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.

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