行星天文学六大热点
几天前，柯伊伯带天体的发现者之一——David Jewitt在arXiv上发表了一份讲义，其中总结介绍当前行星天文研究的热点，几个话题都与小天体有关。虽说行星科学和自己的方向基本上没有什么关系，不过其中的相当一部分话题还是颇有意思的。干脆就此一读该文，也好了解一下其他学科的前沿所在。
小天体的光变与密度
总的来说就是小天体本身的物理特性，因为光变曲线提供的正是形状、自转与整体密度的信息。由于天体自身尺度很小，哪怕使用最先进的自适应光学技术都无法解析其表面的细节，因此也就只好用光变这样一个间接手段来研究小天体了。
不过这里有个很麻烦的问题：光变曲线的形式与天体自身特性并不是一一对应的。在形状与自转之外，天体表面的物质成分（进而是反照率）、散射特性以及观测的视角也会影响我们所接收到的光线。将这几种因素综合考虑，能满足光变曲线的组合恐怕不是少数。
这个100多年前就已经困扰研究者的唯一性问题至今仍然存在。好在通过对某些特例的分析，人们基本确定，由于大多数天体表面反照率的分布还算均匀，光变曲线的支配因素是自转而非表面特性，这样才让光变曲线反推的结果有了意义。
柯伊伯带天体2001 QG298的光变曲线，周期约6.89小时，起伏达1.14等。（图片提供：Scott S. Sheppard）
小天体的个头并不满足流体静力学平衡的条件，内部又由于频繁的碰撞作用变得比较疏松，因此其形状很大程度上是由密度与角动量决定的，依照自转的不同，平衡构形可能是大致无旋时的球体、有旋的Maclaurin椭球或是三轴Jacobi椭球。倘或根据光变曲线推算出了天体的形状以及自转，那么由平衡条件，密度也可以被推测出来。这一方法的局限，关键在于前提假设——天体强度为零是否成立，如果不是，那么与假设有多少偏离。
另外一个局限是，如果光变曲线的起伏过大，用零强度假设下的单一形状是难以拟合的。一个Jacobi椭球可以产生的最大起伏是0.9个星等。不消说，那些起伏过大的小天体自然就成了重点关注对象，如624号小行星赫克托以及柯伊伯带天体2001 QG298。据信它们有可能是双天体系统。不过若想探明双天体的起源和特性，还需要对大量此类系统进行统计，这也正是未来的目标之一。
2001 QG298的概念图，由于其亮度起伏较大，有可能是个双天体系统。（图片提供：Steven A. Simpson）
小天体的密度多半是由间接手段测量的，如上文所说的光变方法。总的趋势是，天体尺度越大，密度也越大，而且并无例外发现。由于小天体的尺度，这一规律难以用引力作用来解释。因此有说法认为，这其实是与成分有关的。当然对于密度过小（直径也很小）的天体，没有什么固体成分能够满足观测，合理的推测就是它们内部结构是疏松多孔的，典型的代表就是彗核。宏观的孔穴可以归因于过往的碰撞，而微观的与物质结构有关，据信产生于太阳系诞生之初。
柯伊伯带天体的颜色
对于柯伊伯带天体，颜色的描述类似恒星，使用的是色指数，一般是V-R指数与B-V指数，前者是将V（5500埃附近）与R（6500埃附近）两个波段的星等相减，后者则是B（4300埃附近）与V波段星等相减，数值越大，天体颜色越红。
关于颜色的统计分析是柯伊伯带天体相关的最早的观测成果之一。不同小组得到的结论都表明，颜色分布非常广泛而且离散，从正常到极红都有。红外观测进一步表明，柯伊伯带天体的吸收特性也与小行星有很大的不同，光谱中并没有斜率的陡变。
柯伊伯带天体的颜色分布。（图片来源：Wikimedia）
颜色离散性的成因至今还是个疑问。有人将其归因为天体表面在辐射与碰撞作用下的更新，也就是通过这些渠道让之前深埋在天体内部的物质暴露到表面上，让表面的物质组成发生改变，因此会导致颜色与反照率的变化。不过倘或这一理论成立，局部性的表面更新应该是家常便饭，同一天体不同区域的颜色不会很均匀，这与颜色随自转变化较小的观测事实有出入。作为对比，一般认为主带小行星的颜色与轨道有关，但是现在的数据尚不足以对柯伊伯带得出类似或相反的结论。
另一类与柯伊伯带有关的小天体名为半人马（Centaur），分布在柯伊伯带以内，经常呈现小行星与彗星二者的特征。它们往往因为与大行星的轨道相交而处在不稳定状态上。一般认为，这类天体是从柯伊伯带逃逸而出的。但在颜色上，它们与柯伊伯带天体不同，呈现明显的双峰（一般与极红）特征，现在对此也没有很好的解释。
人们还在柯伊伯带天体以及半人马型天体上发现了颜色极红的物质。由于在主带小行星上并没有类似成分发现，一个推测就是，这类物质是热不稳定的，不能距离太阳过近。
外太阳系水冰的光谱分析
关于彗星的一系列模型认为，当它们从太阳系边缘进入内太阳系时，彗核的组成是无定形冰。这是低温下水有可能呈现的一种不稳定形态，而不是一般人们所熟悉的水冰晶体。在一定的时间内，它们有可能转化成冰晶，转化过程放出的热量更有可能促使周围的冰加速结晶。
同时，无定形冰表面可能遍布沟渠，单位质量的表面积很大，为其他分子提供了藏身之处。而且在低温下，无定形冰收纳其他分子的效率是非常高的，甚至可能达到1，这正与彗星的观测符合得很好。当冰转化为晶体时，其中的气体会喷出，正可以解释在彗星上发现的现象，同时还有助于了解彗星质量损失的过程。
倘或环境温度很低，结晶的时标会很长，现今外太阳系的无定形冰有可能是太阳系诞生之初的残余。只是放到天体表面的环境下，事情有些复杂，毕竟宇宙线粒子的轰击无处不在，该过程会破坏水冰晶体的分子键，让晶体在短时间内无定形化。
柯伊伯带天体Quaoar的近红外光谱，可见2.0、1.65与1.5微米处的冰晶特征。（图片来源：Jewitt 2008）
这一领域主要是通过近红外观测来完成的。两类冰有着各自不同的光谱特征。尤其是在1.65微米，有非常明显的水冰吸收特征，而无定形冰在这里没有明显的谱线。由于无定形化时标比较短，能在外太阳系发现冰晶多少有些让人吃惊。对这一点的解释包括天体表面的更新带出了内部的物质（包括冰晶），实验室研究也表明，温度越低，无定形化的效率越高，这倒也与高温冰易结晶相符。
另一个疑难是使无定形冰结晶的热源。较大的天体可以归因于引力、其中的微量放射性元素成分；陨星撞击也会导致局部加热，这可以在一定程度上解释冰晶的普遍性。对于彗星这样的天体，可能尺度不足以进行上述任何过程的加热，应该基本上由无定形冰组成。如今仅有的光谱观测结果支持这一论断。与彗核有关联的半人马型小天体则为彗星通过冰的相变释放气体提供了线索。
巨行星的不规则卫星
这里的不规则更多指的是轨道：大倾角、大偏心率，甚至可能是逆行轨道。虽说行星与太阳会对这样的轨道施加很大的作用力，但它们看起来却没有不稳定的迹象，其持续的时标完全可以与太阳系的年龄比拟。新近的观测更表明，对于类木行星来说，轨道不规则的卫星比规则的还要多上不少。
类木行星不规则卫星轨道半长轴（已经用行星的Hill半径进行了归一）以及偏心率的分布。（图片来源：Jewitt 2008）
普通的卫星可以认为是太阳系形成之初原行星吸积的残留，那么不规则卫星如何呢？最流行的理论是认为，它们是形成以后在绕日轨道上被大行星俘获的。这一理论对木星和土星这样的气体行星比较有效，因为行星大气的坍缩可以提供短暂的阻力。但对于以冰质为主的天王星和海王星，该机制就不太灵光了。
当然也有一种可能是，卫星是在形成的半途中被行星俘获的。还有更复杂的机制，如在太阳系形成早期，两颗小行星一颗大行星或是两颗大行星一颗小行星之间的三体作用，只是尚未进行过充分的定量分析。
主带彗星
主带彗星占据的是小行星主带的位置，却有着彗发与彗尾一类特征。对于行星科学来说，它们的意义在于，其中的水冰成分可能为早期的地球提供海洋与河流的水源。与柯伊伯带的彗星相比，由主带彗星供水要靠谱得多。虽说彗星中氘与氢的丰度比例与地球不同，但并不能排除地面的丰度有过演化的可能性，也并不能咬定所观测的彗星可以代表所有同类天体。
主带彗星133P/Elst-Pizarro。（图片提供：University of Hawaii）
主带彗星的水份可能在演化之初就已被束缚于其中，这些彗星只是富含冰质的小行星而已。由于动力学特性的不同，从木星族俘获彗星的说法相比之下不是特别可靠，尽管也存在一种可能性，也就是彗星各向异性地喷出物质会施加额外的作用力让其发生身份转换。
由于主小行星带的温度远高于柯伊伯带，讨论主带彗星就不能不谈到它的稳定性。根据其他彗星的结构推断，主带彗星的彗核周围也应该包裹着一层高熔点物质，让内里的气体不至于迅速逃逸。当然为了解释观测上的活动性，适当的裂痕分布也是必需的。这可以归结于天体之间的碰撞。
主带彗星的轨道，即图中的红色部分。（图片提供：Pedro Lacerda/University of Hawaii）
彗星及其残片
前一个话题是主带彗星，也就是轨道类似小行星但活动特性类似彗星的天体。这里首先要讲的是过渡天体，与主带彗星性质正好相反：有着彗星轨道的小行星。对其最为直截了当的解释，也就是失去活动性的彗星。它们沉寂的原因，则是耗尽了接近表面的挥发性物质。
针对哈雷、Temple 1等彗星的近距离空间探测表明，彗核表面被一层低反照率的高熔点物质包裹。如果这层物质过厚，气体无法从彗星内部挥发出来，这样也会形成过渡天体。而在动力学演化过程中，若物质壳被冲破，那么我们又有可能看到重生的彗星。换句话说，过渡天体也许只是处在休眠状态。不过有关这类天体与彗星的演化关系以及它们的最终归宿，仍是未决的问题。
过渡天体的一个子类是所谓的达摩克利斯族小行星（Damocloid），以原形天体命名。它们的轨道接近哈雷族彗星。由于其中的某些天体有微弱的活动迹象，更进一步加强了它们与彗星的关联。
与彗星有关的另一个话题是流星群。彗核除了归于沉寂外，还有另外一条演化途径——瓦解。其中有一部分彗星抛下的残片已经被确认为流星雨的母体（虽然母体不一定是彗星），不过这其中还有不少疑问，比如双子座流星雨的母体性质到底是什么，彗星瓦解的原因又是什么，等等。
