太陽系有史以來拍攝到的最遙遠天體，新研究為柯伊伯帶天體的形成提供了新線索，柯伊伯帶天體是太陽系邊緣類似小行星的天體，並有助於理解太陽系形成的早期階段。在發表在《自然》期刊上的新研究中，解釋了“雪人”(Arrokoth)的獨特特徵，雪人照片是去年由美國宇航局新視野號太空任務首次拍攝。故事始於2006年，當時新視野號航天器被派去拍攝冥王星的第一張特寫圖像，並研究冥王星的特徵和地形。
在發射後，新視野號固定了前往冥王星的軌道，開始了長達九年的漫長旅程。為了不浪費燃料和資源，它的大部分系統都處於休眠模式，直到它接近目標冥王星。也是在2006年，國際天文聯合會決定將冥王星從行星地位降級為矮行星。簡而言之，新視野號航天器被送去研究一顆行星，睡著了，醒來後發現曾經太陽系的九大行星之一，冥王星不再被認為是一顆行星。
冥王星之旅
但這並沒有減損任務的重要性，新視野號提供了冥王星及其衛星卡隆的壯觀圖像，並提供了寶貴的科學信息，這些信息目前仍在研究中，可能會研究多年。這些研究將為理解太陽系的形成，特別是柯伊伯帶的形成提供重要信息。但是，新視野號的冒險之旅還有更多內容，雖然冥王星是太陽系最遠處最大的天體，但它並不是唯一的。在海王星之外有一個叫做柯伊伯帶的區域，由數不清的類似小行星的物體組成，大小從幾英尺到數千英里不等。
這一區域的條件與它在太陽系內的“姊妹”小行星帶不同(尤其是要冷得多)，柯伊伯帶天體通常由更多的冰物質組成。新視野號航天器配備了足夠的資源來觀測另一個柯伊伯帶天體，如果能找到這樣的天體，又距離航天器原始軌道不太遠的話。2014年6月26日，在對這類天體進行了廣泛的觀測後，哈勃太空望遠鏡發現了其中一個。在確認之後，新視野號研究小組設計了航天器的軌跡，以便在完成繪製冥王星地圖的任務後，它將通過新發現的天體旁邊。
發現之旅
五年後（也就是2015年與冥王星相遇後的四年），新視野號經過了該天體，2019年1月1日，當新視野號航天器從3500英里外的柯伊伯帶小天體經過時，人類首次近距離拍攝了它。在第一批圖像到達後，柯伊伯帶天體（被稱為2014-69）因其獨特的外觀而被戲稱為“雪人”。新視野號研究人員最初稱它為Ultima Thule(拉丁語中的“世界邊緣”)，因為它位於太陽系邊緣的偏遠位置。
但這個天體最終被重新命名為Arrokoth486958，在現已滅絕的波瓦坦原住民語言中，意思是“天空”或“雲”。新視野號收集了大量關於雪人的信息：它是一個30公里長的接觸雙星，由兩個不同大小的葉通過細頸相互連接，似乎是兩個較小的柯伊伯帶天體碰撞形成Arrokoth的產物。雖然已經提出了各種模型來解釋Arrokoth的形成和其特殊性質，但這些模型遇到了重大挑戰，不能很好地解釋雪人的重要特徵，特別是它自身的緩慢旋轉速度和大傾角。
研究人員提出了新穎的分析計算和詳細模擬，解釋了Arrokoth的形成和特徵。這項研究由博士生葉夫根尼·格里辛(Evgeni Grishin)、博士後尤里·馬拉默德(Uri Malamud)博士和他們的導師哈蓋·佩雷斯(Hagai Perets)教授與德國圖賓根研究小組合作領導。在柯伊伯帶中由兩個隨機天體之間的簡單高速碰撞將會粉碎它們，因為它們很可能主要是由軟冰構成。另一方面，如果這兩個天體在圓形軌道上運行（類似於月球圍繞地球的軌道）。
剖析“雪人”
然後慢慢地向下旋轉，以便更溫和地接近對方並進行接觸，那麼Arrokoth的自轉速度將會非常高，而相對於這樣的預期，測量到的速度實際上相當低。Arrokoth的完整自轉需要15.92小時。此外，它的傾角(相對於其繞太陽軌道的平面)非常大，達到98度，所以它幾乎是相對地躺在一邊。根據研究模型，這兩個天體圍繞彼此旋轉，但因為它們一起圍繞太陽旋轉，所以它們基本上構成了一個三星系統。
這類三星系統的動力學很複雜，被稱為三體問題。眾所周知，引力三星系統的動力學非常混亂，在研究中，研究人員發現該系統並不是以簡單有序的方式運動，而且也不是以完全混亂的方式運行。通過緩慢(長期)的演化，它從一個寬闊相對圓形的軌道，演變成一個高度偏心的橢圓形軌道，與Arrokoth繞太陽的軌道週期相比要慢得多。可以證明，這樣的軌跡最終會導致碰撞，一方面碰撞會很慢。
但另一方面，會產生一個緩慢旋轉、高度傾斜的物體，這與Arrokoth的性質一致。詳細模擬證實了這一點，併產生了與Arrokoth雪人外表、旋轉和傾斜非常相似的模型。還研究了這種過程的穩定性和可能性，並發現它們在所有柯伊伯帶範圍內的雙星中，有多達20%是相當常見的，並且可能以類似的方式演化。到目前為止，還不可能解釋Arrokoth的獨特特徵，這是一個違反直覺的結果。
碰撞的可能性實際上會增加，因為初始雙星的距離更大，並且初始傾斜角更接近90度。新模型既解釋了碰撞的高可能性，也解釋了今天統一系統的獨特數據，實際上還預測柯伊伯帶中會有更多物體。事實上，甚至冥王星和卡隆衛星的系統，也可能是通過類似的過程形成，它們似乎在太陽系雙星和月球系統的演化中扮演著重要角色。
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