冥王星之後,第九行星有了新線索,科學家發現一顆軌道異常的行星

2020-12-22 李論科學

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自從冥王星在2006年被天文學會貶為矮行星以後,叫了幾十年的太陽系九大行星變成了八大行星,一時間很多人還不適應。

但這也沒辦法,誰讓冥王星的個頭太小,而且軌道異常,最主要的是它沒有清除自身軌道周圍的其他小型天體。

你看除了冥王星以外,我們還在海王星軌道外,也就是柯伊伯帶附近發現以上的一些矮行星。如果不貶冥王星的話,太陽系的行星數量現在已經飆升到了兩位數了。

所以說就目前我們所知,按照我們對行星的新定義,太陽系有八大行星。不過,喜歡天文學的你應該也聽說了,科學家一直在尋找太陽系的第九大行星。

那麼科學家為什麼會認為太陽系海王星軌道以外,或者柯伊伯帶以外還有一顆行星沒有被發現呢?

其實關於第九顆行星的存在我們其實沒有任何的直接證據,而是一些說服力不怎麼強的間接證據,而科學家堅信這個間接證據就預示著還有一顆行星為被發現的原因是:

當年我們通過同樣的方式發現了海王星的存在。

我們知道海王星的軌道位於天王星之外,距離太陽大約30個天文單位,這個距離非常遙遠,而相鄰的天王星距離太陽大約20個天文單位。

中間差的這10個天文單位相當於土星到太陽的距離,也相當於10倍的地日距離。可以看出太陽系越往外就越是空曠。

海王星如此遠的距離就造成了我們很難利用望遠鏡發現它的存在;

而天王星由於比海王星近了10個天文單位,因此在1781年由威廉·赫歇爾通過望遠鏡首次被發現,這也是人類第一次通過望遠鏡發現的行星。(太陽系其他的行星土星、木星、火星、金星、水星肉眼可見)

天王星被發現以後人類經過對它幾十年的觀測就發現了天王星軌道的異常,和牛頓力學預測的軌道參數不一致,有時運行的快,有時慢,有時又恢復了正常。

當時的天文學家堅信牛頓是正確的,沒有會懷疑牛頓力學有問題,因此所有的人都堅信,在天王星的軌道外,還有一顆未被發現的大行星。

1846年奧本·勒維耶準確的算出了海王星的位置,同年的9月23日人們在勒維耶預測的位置相差不到1°的地方通過望遠鏡看到了海王星。

所以說海王星是一顆被計算出來的行星,這顯示牛頓力學偉大的魔力,海王星被發現的過程成就了牛頓力學的巔峰時刻。

這次的成功也讓人類相信,科學可以預測未知,通過同樣的方法我們在1930年發現了冥王星,不過這次的預測並不那麼成功,在海王星以外不僅僅有冥王星,還有很多的矮行星,甚至柯伊伯帶眾多的小天體。(海王星以外的太陽系的情況是我們後來才慢慢知道的)

因此把發現海王星的方法用在發現冥王星的身上,只能說是一次歪打正著。

那麼我們現在知道了柯伊伯帶的存在,還發現了其中的一些矮行星,為什麼還認為有位置的大行星呢?

原因也很簡單,因為科學家發現柯伊伯帶的6顆天體的軌道異常,這六顆天體的軌道傾角一致,但是速率不同,科學家認為一定有位置的引力在背後默默的發揮著作用。

這項研究2016年發表在了《天文物理期刊》上。

想法也跟天王星軌道異常預示著有新的天體一樣。但是經過幾年的尋找我們依舊沒有發現這顆行星,雖然我們現在擁有非常先進的望遠鏡,但是想要在柯伊伯帶以外存照位置天體就跟在煤堆裡找一直黑貓一樣。

不過科學家還是預測計算出了這顆未知行星的一些情況,科學家認為它的軌道在柯伊伯帶以外,距離太陽的平均距離為320億公裡,這相當於210個天文單位,遠日點在1600億千米,這相當於1000個天文單位;

繞著太陽運行一周至少需要大約2萬年的時間,要知道冥王星才需要248年的時間,柯伊伯帶的範圍只有30個天文單位到50個天文單位。

所以說這顆行星距離太陽非常非常遙遠。想直接用望遠鏡看見它幾乎不可能。並且這顆行星的軌道和太陽系的黃道平面應該有很大的夾角,並且偏心率也很大。

其實關於這顆行星是否存在也有一些爭議,有人認為第九大行星可能就是科學家的一廂情願,也許柯伊伯帶內的天體軌道異常只不過是眾多小行星整體引力的影響。

但還是有不少的天文學家堅持有第九顆行星的存在。

而最近發表在《天文學》雜誌上的一篇論文更加讓相信存在第九顆行星的人有了更大的希望。這篇論文為太陽系內第九行星的存在提供了證據和線索。

2013年,科學家在距離地球336光年外一個雙星系統HD106906的軌道外發現了一顆巨型氣態行星HD106906 b,它的質量估計為木星的11倍。

發現系外天體並不稀奇,但奇怪的是這顆行星距離自己的母恆星足足有738個天文單位,也就是相當於738個地日距離。

並且這顆氣態行星的軌道傾斜度很高,而且偏心率很大,運行速度很緩慢,它完成一周公轉需要1.5萬年。

有沒有感覺到,這顆距離自己母恆星非常遙遠的行星,跟科學家預測的太陽系的第九顆行星很相似。

確實!科學家認為這顆行星的發現,以及近些年來通過哈勃望遠鏡對它軌道的觀察,讓我們看到了46億年前的太陽系,也讓我們能夠想像到太陽系第九大行星的模樣。

(這裡說一句,雖說這些系外行星是在2013年發現的,但是對於它的研究也是近幾年持續進行的)

那麼這顆系外行星為何會離自己的母恆星如此遙遠?

科學家認為,這顆行星在形成的時候距離它的母恆星距離並不遠,也就是幾個天文單位內,但是由於行星盤內的塵埃氣體阻力導致了它在形成以後一直受到阻力;

它的軌道一直在螺旋靠近雙星系統,最終在靠近雙星以後,被雙恆星旋轉的引力甩了出去,最終使他停留在了非常遙遠的軌道上,而且軌道與恆星盤也形成了非常大的夾角。

如果把行星HD106906 b的情況用在太陽繫上,我們也能預見出太陽系在形成初期的活躍狀態,萬物相互推擠、重新排列時的情況。

科學家認為第九顆行星的質量是地球的10倍,它也是一顆氣態行星,它在形成的時候也處在距離太陽很近的軌道上,但是由於和木星的相互作用,導致了這顆行星不幸被彈射了出去。最終停留在了柯伊伯帶之外。

這種情況現在看來非常有可能,所以說對HD106906 b的研究讓我們堅信了第九顆行星的存在,也為它為何會出現在如此遠的軌道上提供了依據。

未來哈勃的繼任者詹姆斯·韋伯望遠鏡升空以後,會繼續對HD106906 b的更多信息進行研究,希望幫助我們找到未知的第九大行星。

論文:First Detection of Orbital Motion for HD 106906 b: A Wide-separation Exoplanet on a Planet Nine–like Orbit

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  • 冥王星到底有多可怕?被踢出九大行星之列,其實一點都不冤
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