斯巴魯望遠鏡和”新視野”號太空船最近的觀測結果表明，柯伊伯帶存在未被發現的天體，這可能會徹底改變我們對太陽系形成過程的認識。地面和太空望遠鏡揭示了距離遙遠的潛在天體群，為我們了解原始太陽星雲和行星形成過程提供了新的視角。

斯巴魯望遠鏡和”新視野”號太空船的合作揭示了遙遠的柯伊伯帶天體的新族群，重塑了我們對太陽繫起源和行星形成過程的理解。圖片來源：ESO/M.Kornmesser

利用Subaru望遠鏡的超寬視野原焦相機進行的巡天觀測發現，在柯伊伯帶更遠的地方可能有一群小天體等待被發現。斯巴魯望遠鏡和穿越外太陽系的新視野號太空船透過國際合作獲得了這一結果，這對了解太陽系的形成非常重要。

美國國家航空暨太空總署的”新視野”號太空船於2006年發射升空，其關鍵任務是在人類歷史上首次近距離觀測太陽系外天體的表面；它於2015年成功完成了飛越冥王星系統的任務，並於2019年飛越了柯伊伯帶天體之一的阿羅科斯（486958）。目前已經有五個太空船飛往太陽系外（包括新視野號），但新視野號是唯一飛越柯伊伯帶，同時觀測柯伊伯帶天體的太空船。太陽距離這裡超過41 億英里（67 億公里），在黃道帶塵埃雲的光芒中閃耀著一顆明亮的恆星。木星和海王星就像太陽右側的橙色和藍色”星星”一樣清晰可見。圖片來源：約翰霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究所（JHUAPL/SwRI）

從地面觀測柯伊伯帶天體時，我們只能在較小的太陽相位角（太陽、天體和觀測者之間的夾角）下觀測到它們。另一方面，從柯伊伯帶的太空船觀測柯伊伯帶天體時，可以在不同相位角下觀測同一天體，並利用其反射特徵來估計天體的表面特性。這是只有”新視野”號才能做到的。

然而，太空船上的相機視野狹窄，無法獨立發現柯伊伯帶天體。這就是Subaru望遠鏡的用武之地。斯巴魯望遠鏡利用其寬視野相機發現了許多柯伊伯帶天體，然後縮小了太空船可以飛過並觀測的天體範圍。新視野號與Subaru望遠鏡的合作始於2004 年。

在2004-2005 年期間使用斯巴魯望遠鏡的主焦相機（Suprime-Cam）進行的觀測中，由於冥王星和太空船之間的軌道關係，銀河系中心附近的一個區域被捲入柯伊伯帶天體搜索區域的背景中。雖然在眾多背景恆星中搜尋太陽系天體極其困難，但研究小組還是找到了24 個柯伊伯帶天體（更多信息，請參閱參考文獻1 Buie 等人，2024 年）。遺憾的是，迄今為止在這次觀測中發現的柯伊伯帶天體需要鞋帶的燃料太多，太空船無法飛越，但距離遙遠的新天體可能在新視野號的可用燃料範圍之內。 2020 年，Subaru望遠鏡上的Hyper Suprime-Cam (HSC) 開始進行更深入的觀測，到2023 年，已經發現了239 個柯伊伯帶天體（更多信息，請參見參考文獻2 Fraser et al. 斯巴魯望遠鏡獵戶座獵戶座在Subaru望遠鏡上註視著。

團隊成員Fumi Yoshida 博士（職業與環境健康科學大學；千葉工業大學行星探索研究中心）說：”HSC 觀測中最令人興奮的部分是在已知柯伊伯帶以外的距離發現了11 個天體。”

利用HSC 發現的許多天體距離太陽30-55 天文單位（1 天文單位相當於太陽與地球之間的距離），被認為位於已知的柯伊伯帶內。另一方面，研究小組沒有想到的是，在70-90 au 區域似乎有一個天體集群，在55 au 和70 au 之間有一個谷（只有少量天體分佈於此）（圖1）。這種谷在其他觀測中還沒有報導過。 柯伊伯帶天體的距離分佈圖1.Subaru望遠鏡HSC 發現的柯伊伯帶天體的距離分佈。橫軸代表從太陽到天體的距離，以天文單位（au；1 au 是地球與太陽之間的距離）計算。縱軸代表天體的數量。資料來源：Wesley Fraser 對了解太陽系形成的影響

在70-90 au 的柯伊伯帶可能存在一個新的天體群。 「如果得到證實，這將是一個重大發現。原始太陽星雲比以前想像的要大得多，這可能對研究太陽系行星的形成過程有影響，」吉田博士說。

“新視野號”任務的首席研究員艾倫-斯特恩博士說：”這是一個突破性的發現，揭示了太陽系遙遠地區的一些意想不到的、新的和令人興奮的東西；如果沒有斯巴魯天文台的世界級能力，這項發現可能是不可能實現的。

為了確定這項研究中發現的天體的確切軌道，研究小組將繼續利用HSC 進行觀測。吉田博士在談到這項研究的意義時說：”我認為，發現遙遠的天體並確定它們的軌道分佈，對於了解太陽系的形成歷史、將其與系外行星系統進行比較以及了解普遍行星的形成，都是非常重要的。

“新視野號”目前正在更遠的地方旅行，距離太陽60 au。肯定還有更多我們尚未發現的遙遠天體。研究團隊非常期待看到Subaru望遠鏡和新視野號太空船在柯伊伯帶以外的發現。

這些結果將發表在《行星科學期刊》（Planetary Science Journal）的兩篇科學論文中。

編譯自/ scitechdaily