杰拉德·柯伊伯

人物简介

杰拉德·彼得·柯伊伯（Gerard Kuiper，1905年12月7日—1973年12月23日），荷裔美籍的天文学家，出生教育都在荷兰，他在1933年来到美国，1937年成为美国公民，是现代行星天文学之父，他的同事和学生都昵称他为“GPK”。

主要作品

提出问题

天文学家杰拉德－柯伊伯，他在1951年首先提出了在海王星轨道之外可能存在一个由冰物质运行其中的带状区域。他认为只有如此才能解释关于短周期彗星的来源之谜：彗星每经过太阳一次，都必然挥发掉许多表面物质，短周期彗星仅仅只有几年的周期，它们频繁地经过太阳附近，必然造成它们的寿命不会超过几十万年，相对于太阳系几十亿年的寿命而言，这只是短短的一瞬，因而如果过去有过这类彗星的话，它们应该早就挥发消亡了，却仍在不断地发现有新的短周期彗星。这构成了一个难以解释的短周期彗星之谜。柯伊伯提出的解释是：在冥王星运行的区域中存在大量的暗彗星物质围绕太阳运动，他们在太阳系开始形成的时候就出现了，根据柯伊伯的计算，海王星轨道之外的原始微粒，难以黏结组成一个足够大的大行星，而是形成了许多小天体。这些小天体偶尔在外力作用下脱离了正常轨道而进入内太阳系，就形成了短周期彗星。

验证理论

“柯伊伯带”（Kuiper Belt）冥王星

2001年9月13日:距离地球数十亿公里，远在海王星轨道之外，是一个寒冷漆黑的荒凉地带。地球上如此明亮温暖的太阳，在那里却仅仅只是天空中一颗最亮的星星而已。这一区域的温度如此之低，以致九大行星中唯一位于这一区域的冥王星的大气都经常处于冻结的状态。

从地球上观测这些冥王星的伴侣们，看起来都象是黑暗的彗星。很难准确知道它们究竟是由什么组成的，因为它们都为一层黏糊糊的东西所覆盖，可能是冰块、岩石和尘埃的混合物。这些天体大多数与木星和火星之间的小行星大小相仿，直径从几公里到几百公里，另有少数一些的尺度达到了冥王星（直径2274公里）的30%－50%，可能迟早有一天还会发现与冥王星一样大的天体。

发现1992QB1天体

天文学家把这种天体称为柯伊伯带天体（KBO天体－－Kuiper Belt Objects），从20世纪30年代起，一些科学家就预言在海王星之外存在着一个区域，这个区域里含有大量的小天体。美国天文学家杰拉德·柯伊伯在20世纪50年代提出这个区域是短周期彗星的来源。1992年，两个不相信外太阳系完全为空的天文学家Dave Jewitt和Jane Luu发现了第一个此类天体。从1987年开始，他们就在天空中搜索海王星轨道外的天体，经过整整5年的时间，使用夏威夷大学的2.2米望远镜，终于发现了他们的猎物一个距离太阳44天文单位的红色天体，这一距离甚至比冥王星更远。它在星表中的标准名称是1992 QB1。

1992QB1。它直径250km，距太阳41～48个天文单位，比冥王星还要遥远。这个发现证实：在海王星的轨道外，冥王星并不是唯一较大个头的天体。天文家们意识到，柯伊伯带也许不仅仅只是一个假设，它也许真的存在着。不久，人们果然在海王星轨道和距太阳50个天文单位之间的地方发现了越来越多的这类天体，到1999年7月份，这些天体的数量已经超过了170，2001年达到400多个，2005年突破800个。但这些还只是冰山的一角，科学家在2001年前后的估计是，柯伊伯带中直径超过100km的天体可能会有70000个，如果把它们的质量加在一起，可以组成一个地球质量1/10的大行星。然而估计是，那里的天体多达数十亿个，其中直径超过100km的天体不少于35000个。这些在柯伊伯带中发现的天体通常被称为柯伊伯带天体，简称KBO。

从地球上观测，很难准确地知道KBO究竟是由什么组成的，它们都为一层黏糊糊的东西所覆盖，很像是冰块、岩石和尘埃的混合物。有些KBO并不小，其个头接近冥王星乃至超过了冥王星。

2000年11月，朱伊特他们又发现了距离太阳43个天文单位的瓦鲁那，它的直径为900km，已接近于最大的小行星谷神星(直径933km)，只比卡戎(直径1200km)略小一点。当时一些科学家便认为，瓦鲁那的发现从某种程度上印证了冥王星的发现者克莱德·汤博的观点。克莱德发现了冥王星后，认为这一区域还有其他X行星可供发现。北亚利桑那大学的史蒂芬·泰格勒说：“瓦鲁那的发现说明冥王星并不是唯一的X行星，可能它只是几个X行星中的一个。可以想象，比冥王星更远、更大的天体迄今仍然未被发现，原因很有可能是太阳的照光太弱或者它们的表面太暗。”

泰格勒说得没错，2001年8月24日，人们又有了新的重大发现，它叫2001 KX76，是由美国航天局支持的“深度黄道搜索计划”发现的，其大小约为1200km，很多报道称它取代谷神星成为最大的小行星，但实际上2001 KX76距离太阳39个天文单位，不属于小行星，而是一颗KBO。

附录：柯伊伯机载天文台

柯伊伯机载天文台是美国宇航局的红外观测设备，基地设在位于加州Moffett Field的Ames研究中心。它是一架搭载在C-141A“运输星”喷气式运输机上的反射望远镜，与探测气球的大面积快速巡天互补，专用于对天体的精密观测。为了克服地球大气层中水蒸气对红外线的吸收，柯伊伯机载天文台要飞到同温层以上才能进行观测，这里空气稀薄，水蒸气对红外线的吸收几乎为零。从1974年春服役到1995年秋退役，它工作了21个年头，总计飞行1400余次。

历史背景

机载天文台概念的提出要归功于Frank Low等热终于将科学仪器放到高空的科学家。由于地基红外观测的种种不便，再加上当时的条件限制，发射探测卫星难度颇大，人们找到了这样一种解决方法：如果能将仪器送上平流层，那么就可以大大减轻水蒸气带来的对红外线的吸收，这是因为地球上98%的水蒸气都分布在对流层。

柯伊伯机载天文台的望远镜系统由Owens-Illinois公司设计，运载机则选择了洛克希德—马丁公司的C-141A战略运输机，其最大飞行高度约14000米，空载续航能力超过10000公里。这也是世界上唯一一架民用C-141A飞机。1973年，洛克希德公司安装了机载天文台的望远镜舱。1974年，机载天文台投入使用。1975年5月21日，杰拉德·柯伊伯机载天文台被正式命名，此时柯伊伯已故去两年。

飞行装备---设立柯伊伯机载天文台的目的是为了克服地球大气层中水蒸气对红外线的吸收，更好地进行红外天文观测，其工作光谱范围被安排在1至500微米。望远镜的光学系统则采用了传统的卡塞格林式设计，口径36英寸（91.5厘米）。望远镜安装在机身的左上部，在飞行员座舱旁。与一般的红外望远镜一样，它也设有冷却系统，用液氮或其他低温液体来保证望远镜本身的热量不会影响观测。探测器则是可以拆卸的，每次飞行前，天文学家依自己的需要安装测试不同的探测器。望远镜副镜是振荡式的，可以前后运动以改变观测视场。这是为方便消除图象的躁点而设计的。

贡献影响

在上世纪40年代，杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper）提出一个新的理论，认为冥王星并不是一个毫无脉络可寻的世界，而是在一个“区域”内运行的一大群物体之中最亮的一个。此后，人们将柯伊伯理论中提到的这个“区域”称为“柯伊伯带”（Kuiper Belt）。

1965年，他利用NASA的Convair 990飞机进行了一次红外观测，探测了金星大气的成分，显示了机载天文台的巨大潜力。1968年，Frank Low用NASA的Ames中心属下一架利尔喷气（LearJet）飞机运载了一架口径12英寸的望远镜，成功测量了木星和银河星云的红外亮度。这些试验给NASA的科学家留下了很深的印象，并最终促成了柯伊伯机载天文台的诞生。