三體問題一直是數學與天體力學百年的難題,最近更因小說與影集《三體》而廣為人知。最新研究顯示,太陽系外圍的柯伊伯帶(Kuiper Belt)可能不僅有雙星系統,甚至存在三體系統。一組研究團隊發現,一個原先已確認為雙星的柯伊伯帶天體Altjira,實際上可能是一組穩定的三體系統。如果這項發現獲得確認,Altjira系統將成為古柏帶內已知的第二個三體系統,進一步暗示那裡可能還隱藏著許多類似的三體系統。
宇宙中充滿了各種三體系統,包括離地球最近的恆星「南門二(Alpha Centauri)」星系統,或像火星這樣擁有兩顆衛星的行星系統,而我們現在發現柯伊伯帶可能也不例外。柯伊伯帶天體被確認為來自太陽系早期的原始冰凍殘骸,分布於海王星軌道之外,冥王星就是已知最大的柯伊伯帶天體。迄今為止,科學家已經確柯伊伯帶內約40個雙星系統,而Altjira可能是其中第二個被發現具有三顆成員的系統。Altjira 系統位於太陽系的外圍,距離地球約60億公里(44天文單位)。這項發現來自哈伯太空望遠鏡與凱克天文臺(W. M. Keck Observatory)的觀測數據,研究團隊透過17年的觀測數據分析軌道變化,發現Altjira中原本認為的伴星可能不是單一天體,而是由兩顆緊密相連的天體構成。該研究結果已發表在《行星科學期刊》(The Planetary Science Journal)(Nelsen et al. 2025)。
Altjira 三體系統的發現為古柏帶天體的形成理論提供了關鍵證據。傳統觀點認為,古柏帶天體是透過小天體相互碰撞逐步成長而形成,但流動不穩定性假說(streaming instability hypothesis)則提出,這些天體可能像恆星一樣,在45億年前太陽周圍的原行星盤內氣體與塵埃團塊直接引力塌縮形成,而非後來碰撞產生。如果Altjira確實是一個三體系統,這將支持該假說,顯示部分柯伊伯帶天體或許天生即為三體結構,而非後天合併而成。恆星的形成過程已知常以雙星或三體系統的形式存在,這項發現則暗示類似機制可能也適用於柯伊伯帶天體,為其起源提供了新的視角。
目前雖無探測器計畫近距離觀測 Altjira,但其特殊的軌道變化提供了難得的研究機會。未來十年間,外側天體將多次經過內側天體前方,讓科學家能透過掩食現象深入分析其內部結構。此外,詹姆斯韋伯太空望遠鏡也將觀測 Altjira,以確認其成員的光學特徵。這些持續的研究將有助於驗證 Altjira 是否屬於一類尚未被全面認識的三體系統,並進一步拓展我們對柯伊伯帶天體形成過程的理解。目前柯伊伯帶已確認約 40 個雙星系統中已有兩個可能的三體系統,顯示這類結構可能並非罕見特例,而是源於相同的形成機制。然而,要確定這一假說仍需長期的持續觀測與數據累積。