太陽系的歷史是一道冷菜，而且在“天涯海角”上非常寒冷。
這是美國國家航空航天局（NASA）的“新視野”號探測器傳回地球的資訊，它已完成了對柯伊伯帶（Kuiper Belt）中一個小天體的歷史性探索，柯伊伯帶是海王星之外矮行星和彗星狀天體的廣闊聚集地。“新視野”號在東部時間1月1日凌晨12:33飛掠而過時，“天涯海角”距離太陽略超過40億英里。它是迄今為止航天器訪問過的最遙遠的天體，也是最寒冷的天體之一：約為35開爾文，或接近零下400華氏度。
在如此低溫下，“天涯海角”（更正式的科學名稱為2014 MU69）保留了其最初的古老成分。“天涯海角”在另一個更專業和更引人入勝的方面也很“冷”。它是動態冷的，是所謂的“冷經典”柯伊伯帶的一部分，這意味著它在一個穩定的軌道上繞太陽執行，這個軌道沒有受到所有混亂事件的干擾，而地球和其他行星在四十多億年前形成時都曾經歷過這些混亂事件。
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在相遇之前，“新視野”號團隊的最大希望是他們能看到太陽系誕生時完好無損的倖存者。“天涯海角”的第一批影像顯示其形狀像一個精緻堆疊的雪人，充分證實了這些希望。它與年輕恆星周圍的氣體和塵埃雲如何聚集在一起形成越來越大的物體的模型完全吻合——這個過程在理論上已經得到了很好的研究，但在現實中直到現在才被觀察到。“我們正在觀察構成行星和衛星的最早的基石之一，”美國國家航空航天局（NASA）艾姆斯研究中心的科學家傑弗裡·摩爾（Jeffrey Moore）說。“看起來就像有人把它放在上帝的冰箱後面冷凍了四十五億年。”
前往柯伊伯帶的漫長道路
對於“新視野”號的首席研究員艾倫·斯特恩（Alan Stern）來說，被冷落是一種非常熟悉的感覺。早在任何人知道“天涯海角”存在之前，他就開始遊說美國國家航空航天局（NASA）開展像“天涯海角”這樣的任務，那是20世紀80年代。他最初的目標是訪問冥王星，完成對當時九大行星的探索，但這些計劃毫無進展。為了符合他們局外人的身份，斯特恩和其他志同道合的外太陽系愛好者自稱“冥王星地下組織”。
20世紀90年代，當天文學家發現冥王星只是更宏大的柯伊伯帶的一部分時，人們對冥王星的科學興趣爆發了。即便如此，斯特恩還是眼睜睜地看著三個不同的任務概念枯萎和消亡。又過十年，經歷了一次取消和一次罕見的復活，“新視野”號才於2006年1月19日發射升空。
探測器的名義目標只是訪問冥王星及其衛星，但從一開始，斯特恩就想到了第二幕。“新視野”號是一艘非常健康的航天器，它有能力再執行15到20年，”他說。為什麼要浪費這千載難逢的機會去探索更多的柯伊伯帶呢？2015年的一次飛掠顯示，冥王星是一個令人興奮的動態世界，但在某些方面，它也太動態了：其活躍的地質（冥王星學？）已經抹去了其早期歷史的大部分痕跡。訪問一個更小、更原始的後續目標將填補太陽系偵察中一個巨大的缺失部分。
巨大的難題是，天文學家的目錄中沒有合適的目標；“新視野”號團隊必須自己找到一個，探測器可以用其日益減少的燃料到達的目標。這意味著要集結世界上最強大的望遠鏡，尋找一個在密集的背景星中緩慢移動的昏暗光點，它必須位於一個易於攔截的精確位置。西南研究院（SwRI）的馬克·布伊（Marc Buie）描述了他領導這項搜尋的工作。“我花了10年時間為‘新視野’號尋找一個目標，”他以令人欽佩的冷靜說道。“我來告訴你一個小秘密：當你透過望遠鏡拍照時，照片上不會有箭頭告訴你該看什麼。”
最終，布伊發現了它。這個明顯的閃爍點只包含哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）調查影像中的144個光子，“但當我看到它的那一刻，我感到一陣寒意。我知道就是它了。”隨著其重要性的提高，最初編目為1110113Y的天體變成了潛在目標1，然後是柯伊伯帶天體2014 MU69，最近它被非正式地稱為“天涯海角”（Ultima Thule）（這個名字引發了一些不幸的爭議）。
雪人登場
當“天涯海角”的第一批高解析度影像從“新視野”號傳回時，所有過去的痛苦都從科學家們的腦海中消失了，取而代之的是互相拍背和巨大而不可動搖的笑容。
“它是個雪人！”斯特恩看著“天涯海角”標誌性的雙瓣形狀大笑道。或者用科學術語來說，他指出，它是一個“接觸雙星”，是兩個獨立形成的天體，但現在透過它們的相互引力結合在一起。較大的瓣是較小瓣的三倍大；堆疊在一起，它們長達21英里。
雪人結構正是“新視野”號團隊希望在柯伊伯帶中找到的。“我希望從這次任務中獲得的最重要的東西是無可辯駁的證據，證明我們正在觀察一個原始的、未被改變的天體，”布伊說。更具體地說，他想親眼目睹一個天體，它被凍結在太陽系中小天體開始聚集在一起並形成更大天體的那一刻。
在行星和衛星上，所有關於這個過程的證據都被隨後的地質活動抹去了。即使在相對原始的彗星（如67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星）上——歐洲航天局的“羅塞塔”號探測器在2016年之前研究過的“橡皮鴨”彗星——表面也已被太陽的熱量廣泛烘烤和改變。摩爾輕鬆地將這些天體斥為“烤麵包片”。
在“天涯海角”上，彷彿太陽系的誕生髮生在昨天，兩個星子（圍繞年輕恆星凝聚的第一批大型岩石、塵埃和冰的集合體）仍然聚集在一起，就在“新視野”號的數字眼前。“我看著它，心想，‘我看到了吸積作用正在發生’，”布伊說。“這將徹底改變我們對自身起源以及整個過程如何運作的看法。”
你想建造一顆行星嗎？
事實上，這場變革已經如火如荼地展開。在“天涯海角”飛掠後的頭三天，“新視野”號分析團隊的成員聚集在約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的任務控制中心附近，以理解最初的資料下載。在等待了數十年之後，斯特恩渴望開始行動。“我們將在下週開始撰寫我們的第一批科學論文！”他承諾道。但實際上，甚至沒有人等待那麼久才開始深入研究來自“天涯海角”的教訓。
首要任務之一是解釋“天涯海角”的兩個瓣是如何如此溫和地結合在一起的，在它們相遇的地方，整潔的小項鍊狀的明亮物質環繞著。“聖路易斯華盛頓大學”的行星動力學專家比爾·麥金農（Bill McKinnon）指出，柯伊伯帶中的天體移動非常緩慢，典型的相遇速度約為每小時600英里，這限制了撞擊可能造成的破壞程度。
“天涯海角”的結合顯然比這還要輕微。最有可能的是，這兩個瓣最初是作為獨立的物體相互繞軌道執行而形成的，螺旋式地靠近，直到它們接觸。“這就像停車場的輕微碰撞，步行速度。而且，這些可能是非常多孔的物體；它們有吸收能量的緩衝器，”麥金農說。結果，這兩個瓣粘在了一起，而不是在接觸時破碎。
“天涯海角”的緊密結合的瓣提供了迄今為止最直接的證據，證明了行星如何形成的標準的層級理論：首先，塵埃顆粒粘在一起形成卵石，卵石聚集在一起形成星子。這些星子吸積成原行星，一直持續到更大的物體，如地球和木星。
另一個值得注意的細節是，除了大小差異外，“天涯海角”的兩個瓣在形狀和顏色上看起來非常相似。“這也與兩個在原行星盤中彼此靠近形成的物體的合併結果相符，”西南研究院的西爾維婭·普羅託帕帕（Silvia Protopapa）說。在這樣一個化學和動態寒冷的區域，兩個相鄰的星子應該是由基本相同的原始材料混合物聚集而成的。
仍然儲存在“新視野”號上的資訊將揭示更多關於這些材料到底是什麼的資訊。“我們將尋找氨、水、一氧化碳和有機物，”普羅託帕帕說。“天涯海角”的整體紅色色調已經表明它被類星體（經過數百萬年輻射處理的有機化合物）覆蓋，類似於在許多其他外太陽系天體（包括冥王星的衛星卡戎）上看到的情況。
摩爾感到欣慰，如果說可能有點失望的話，那就是關於“天涯海角”的一切都沒有直接反駁人們的預期——如果，比如說，兩個瓣的顏色完全不同，情況就會如此。“在零階近似下，我們關於這些東西如何形成的觀點似乎得到了證實，”他說。“但是人們曾有過各種各樣的具體解釋。這就像走進一家餐廳，你可以從選單上選擇任意數量的東西。現在我們看到了‘天涯海角’，我們知道選單上的好選擇是什麼。”
“天涯海角”的下一步行動
考慮到這些對“天涯海角”的快速解讀都是由高度咖啡因化的科學家在睡眠不足或沒有睡眠的情況下進行的，並且僅使用了“新視野”號在其飛掠期間收集的總資料的1%的初始下載量，這一切就更加令人印象深刻。
到目前為止，最明顯的缺失資料元素可能是對“天涯海角”地形的清晰觀察：我們可以看到它，但我們無法真正感受到它。迄今為止釋出的最佳檢視是在太陽幾乎直接位於航天器後方拍攝的，這使得很難區分外星景觀上的山丘和窪地。更清晰的圖片，包括顯示深陰影的圖片，仍然位於“新視野”號的固態記錄儀上。“將需要20個月才能清空記錄儀中我們拍攝的所有資料，包括數百張影像和光譜，”斯特恩說。這要歸咎於距離家園六光時的航天器極其有限的頻寬。
隨著儲存的資訊涓涓細流般地傳來，你可以期待更多的歷史課程。行星科學家們面臨的一個懸而未決的大問題是“天涯海角”的各個瓣本身是如何組裝起來的。有點令人驚訝的是，沒有明確的隕石坑證據。當然，有一些東西類似於隕石坑，但在“天涯海角”形成的平靜環境中，這些解析度差的構造實際上可能是堆積起來的山丘，而不是被挖空的坑。“我們可能會發現，紋理主要由緩慢的[吸積]過程主導，”摩爾說。如果是這樣，那將揭示關於行星形成的早期階段的很多資訊。
考慮到這一點，西南研究院的凱茜·奧爾金（Cathy Olkin），“新視野”號的副專案科學家，渴望檢查“天涯海角”的成分如何因地點而異。“新視野”號的光譜測量應該可以識別出來自古代撞擊的單個飛濺物，這些飛濺物像蒼蠅一樣粘在擋風玻璃上。然後，她將對飛濺物進行普查，以瞭解產生它們的物體。“因此，我們將能夠觀察柯伊伯帶中最小的粒子，這是一個我們無法以任何其他方式看到的群體，”她說。
關於“天涯海角”，也許最微妙但最重大的驚喜是我們竟然能夠到達它。最近使用位於智利的阿塔卡瑪大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）天文臺對新生恆星進行的研究表明，它們中的許多似乎正在比我們在太陽系中看到的更大的尺度上形成行星，它們的柯伊伯帶版本在更遠的距離上形成。相比之下，我們的太陽和“天涯海角”之間的巨大距離看起來並沒有那麼巨大。
麥金農在那裡提出了另一個可能的歷史教訓：我們太陽系的外邊緣可能在非常早期的階段就被鄰近恆星的輻射削掉了，他認為，甚至在“天涯海角”形成之前。“它可能由太陽誕生星團中的其他恆星，它失去的兄弟姐妹們定義，”他說。
那麼，在關於我們的太陽系是正常的還是宇宙中的離群值的辯論中，“天涯海角”將天平稍微向怪異的方向傾斜了一點。“然後你考慮到太陽是一顆單星，這並不正常，而且類太陽恆星也不是最常見的恆星，”麥金農說。“你把它加起來，你會想，‘我們並不完全是一個普通的行星系統。’”