近日，天文学家首次联合使用哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）与詹姆斯·韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope）对海王星外天体（TNOs）进行了深入观测。这些微小的天体沿着远超海王星轨道的路径绕太阳运行。研究团队在此次深空巡天中新发现了27个此前未知的远古天体，然而这一发现却带来了一个出乎意料的谜题：小型天体的数量比某些理论模型预测的要少，且它们的表面颜色与同一遥远区域中体型大得多的天体高度相似。
这些冰冷的宇宙残余物为研究最终演化为行星的原始物质提供了绝佳机遇。由于绝大多数TNOs极难被探测到，其亮度比肉眼可见的天体暗1亿倍以上。发表在《天文学杂志》（The Astronomical Journal）上的两项相关研究，对这些新发现的天体进行了详细检查，以进一步揭示其尺寸、成分以及古老的演化历史。
太阳系早期的古老构建模块
科学界普遍认为，行星的形成始于环绕年轻太阳的微小尘埃颗粒和卵石，它们逐渐聚集并演变成更大的实体。随着时间推移，这些物质形成了城市大小的天体，被称为“星子”（planetesimals）。这些早期的构建模块最终合并，创造了我们今天所看到的各大行星。
然而，海王星轨道之外的许多天体并未经历这一终极生长阶段。无数较小的天体在漫长的岁月中保持原状，完整地保存了太阳系最早形成时期的宝贵证据。
为了解开这些遥远幸存者的神秘面纱，由加拿大维多利亚大学（University of Victoria）博士生在加拿大国家研究委员会指导下领导的研究团队，以及弗拉格斯塔夫北亚利桑那大学（Northern Arizona University）的研究人员开展了迄今为止对TNOs最深度的巡天观测。两台空间望远镜同时对准同一天区，其中哈勃望远镜负责收集可见光数据，而韦布望远镜则捕获红外光信号。
通过将这两种观测数据相结合，天文学家能够分析这些天体的颜色、估算其尺寸并确定其轨道特征。天体表面的颜色尤其珍贵，它们就像指纹一样，能够揭示出天体的化学成分、身份特征及其漫长的演化史。
两类不同的遥远冰冷世界
研究人员重点关注了海王星外天体的两类不同群体，即动力学上的“冷态”（cold）和“热态”（hot）TNOs。这些命名描述的是它们的轨道行为，而非实际温度。
“冷态”天体在很大程度上保留了其最初形成时的位置，它们沿相对圆形的路径绕太阳运行，并紧贴大多数太阳系行星所在的轨道平面。“热态”天体则经历过更加动荡的历史。它们最初在现今的天王星和海王星轨道之间形成，但在太阳系早期巨行星位置发生偏移时被向外散射。如今，它们的轨道呈现出更加扁长的椭圆形，且在太阳系主要轨道平面的上下方穿梭。
尽管两者的历史截然不同，但这两种群体却展现出令人意想不到的相似性。即便是体型最小的天体，似乎也保留了与其较大同类相似的表面特征。
微小世界铭记其远古起源
在进行此次观测之前，科学家曾推测较小的TNOs会表现出在数十亿年间遭受反复碰撞的明显痕迹。撞击理应会使这些天体碎裂并暴露出内部的新鲜物质，从而改变其表面成分与颜色。
然而，新发现的天体却呈现出与大型TNOs相同的总体颜色规律。这表明，碰撞对它们表面的改造程度远比先前假设的要轻。一种可能性是，这些天体遭受的撞击次数少于预期；另一种可能是，即便在发生碰撞后，它们的表面也能以某种方式保持其原始成分。目前研究人员尚未确定哪种解释更为准确。
“你可以想象这样一种场景：遭受撞击和粉碎会改变表面的成分，从而导致微小TNOs与其较大的‘兄弟姐妹’呈现出不同的表面颜色。因此，看到这些最小的天体能够以某种方式‘记忆’并保存其制造历史，是一件非常令人着迷的事情，”北亚利桑那大学博士生、负责颜色与成分研究的阿娜斯塔西娅·摩根（Anastasia Morgan）表示。
该研究的共同作者、北亚利桑那大学的戴维·特林林（David Trilling）补充道：“这些动力学上的‘热态’TNOs保留了它们出生地的特征，尽管自那以后它们的轨道已经被严重搅乱。”观测结果表明，无论热态还是冷态TNOs，都维持着与其形成过程息息相关的颜色模式，且自太阳系诞生以来，其外观似乎发生了惊人少的变化。因此，这些古老的星体可能保存着关于它们最初成型环境的重要信息。
韦布望远镜发现的微小世界数量少于预期
詹姆斯·韦布太空望远镜还提供了拼图中的另一个关键部分。其观测数据使科学家能够探究不同尺寸天体的数量分布，从而揭示出这两个群体之间意想不到的相似性。
尽管热态和冷态TNOs形成于早期太阳系的不同区域，但它们的整体尺寸分布却惊人地一致。这表明，负责产生星子的物理过程可能在不同的环境中以高度相似的方式运作。
“非常有趣的是，尽管星子形成于早期太阳系的不同区域，但这一过程最终在冷态和热态群体中都产生了相同的尺寸分布。该过程似乎对星盘条件不敏感，无论是热是冷、是密集还是疏松，都能产生相似的星子尺寸，”负责尺寸分布研究的维多利亚大学博士生玛丽埃尔·爱德华多（Marielle Eduardo）指出。
同时，与现有行星形成模型的预测相比，研究人员发现极小型TNOs的数量存在令人惊讶的短缺。理解为何探测到的这类天体较少，将有助于科学家进一步完善关于太阳系原始构建模块如何发育的理论解释。
韦布望远镜非凡的灵敏度使得发现27个极其微弱的天体成为可能。其中一个天体极为暗淡，以至于探测它的难度相当于站在地球上寻找月球上的一小群萤火虫。这个最小的天体直径仅有3英里（5公里），比地面上最灵敏望远镜所能探测到的天体还要小约五倍。
哈勃与韦布联手揭示行星形成新线索
这些突破性发现依赖于美国宇航局（NASA）两大强大空间天文台的互补能力。哈勃望远镜擅长探测可见光，而韦布望远镜则对红外光高度敏感，两者结合为科学家提供了比任何单一望远镜更完整的远距天体全景图。
这两台望远镜共同开启了一扇通往人类长期未曾探索的远古太阳系残余物种群的新窗口。它们惊人的相似性、保存完好的表面特征以及出人意料的数量分布，为理解数十亿年前塑造各大行星的物理过程提供了极其重要的科学线索。