天文學家發現冥王星外新天體,或證明太陽系新行星Planet X存在

2020-12-04 DeepTech深科技

最近，來自卡內基科學研究所的 Scott Sheppard、北亞利桑那大學的 Chad Trujillo 和夏威夷大學的 David tholo 在冥王星以外的遙遠空間發現了一個新的天體，又一次界定了太陽系邊沿。而這顆新天體的的存在，或能證明在冥王星外還存在一個更大的行星 Planet X，這顆行星甚至比地球還大。

這個新發現的天體名為 2015 TG387，10 月 2 日由國際天文學會的小行星中心對外公開，同時該矮行星的細節和相關研究收錄在一篇發表於 Astronomical Journal 的論文中。

研究發現 2015 TG387 時，該小行星距離太陽約 80 天文單位 (AU)。1 個 AU 相當於地球和太陽之間的距離。而同一度量衡下，冥王星大約只有 34 個天文單位。也就是說，2015 TG387 與太陽之間的距離大約是冥王星相距太陽距離的 2.5 倍。

圖 | 2015 TG387、2012 VP113、Sedna 與其他幾個太陽系天體的軌道對比圖。2015 TG387 擁有最長的軌道半長軸比，最遠端可達到 2300 AU。（來源：卡內基科學研究所）

新發現的星體目前正在一個細長軌道上運行，遠離太陽。我們通常把行星軌道上距離太陽最近的一點稱為近日點，這個新天體的近日點超過 65 天文單位（AU），只有 2012 VP113 和 Sedna 擁有比 2015 TG387 更遠的近日點，二者近日點分別為 80AU 和 76 AU。雖然 2015 TG387 擁有已知第三遠的近日點，但它的軌道半長軸比 2012 VP113 和 Sedna 大得多，這意味著三者中唯有它可以到達非常遠離太陽的地方，它的最遠端一直延伸至 2300 AU，2015 TG387 是少數已為人知的始終遠離太陽系大行星 (如海王星和木星) 的天體之一。

圖 | 2015 TG387 與太陽系已知行星進行比較。二者可被觀測的距離分別為 65 天文單位和 10 天文單位，一個天文單位長度為地球到太陽的距離。（來源：卡內基科學研究所）

「這些所謂的內奧爾特雲天體，如 2015 TG387、2012 VP113 和 Sedna，是從太陽系大部分已知物質中分離出來的，這實在太有趣了。」Sheppard 說道，「我們可以將它們當作探測器，去了解太陽系邊緣發生了什麼。」

2012 VP113 的軌道近日點最遙遠，這個小天體也是由 Sheppard 和 Trujillo 在 2014 年發現並公開的。2012 VP113 的發現使得 Sheppard 和 Trujillo 注意到，幾個極遠太陽系星體的軌道具有相似性，由此，他們提出，太陽系中存在一個未知行星 Planet X，這個行星體積是地球幾倍大小，它的軌道距離太陽足有上百天文單位，遠超冥王星。

「我們認為在太陽系邊緣可能會有成千上萬個像 2015 TG387 這樣的小天體，但距離過遠使得找到它們非常困難。」Tholen 說道，「目前，我們只能在 2015 TG387 最接近太陽的時候探測到它，99% 的運行軌跡由於信號太過微弱而不可被觀測。

這顆天體的發現，是該團隊尋找未知矮行星和 Planet X 項目的一部分，這個進行中的項目是迄今為止對遠太陽系天體進行的規模最大、最深入的調查。

圖 | 藝術家對 Planet X 的構想，這個傳說中的行星可能會影響如 2015 TG387 這樣的太陽系外小天體的運行軌道（來源：卡內基科學研究所）

「這些遙遠的天體能夠引領我們追蹤到 Planet X。我們找到的小星體越多，越有助於更好地理解外太陽系和那顆傳說中的 Planet X，Planet X 可能支配著小天體們的運行軌道。一旦發現這顆行星，我們對太陽系演變的知識體系將被重新定義。」Sheppard 補充道。

該團隊花了幾年的時間觀察才捕捉到 2015 TG387 的完整軌道，因為它的移動速度非常慢，軌道周期很長。2015 年 10 月，位於夏威夷莫納克亞山頂的日本斯巴魯 8 米望遠鏡首次觀測到 2015 TG387。之後，經過四年時間，智利卡內基拉斯坎帕納斯天文臺的麥哲倫望遠鏡和亞利桑那州的探索頻道望遠鏡的後續觀測一同確定了 2015 TG387 的軌道。

2015 TG387 有可能是個矮行星，因為它的直徑接近 300 公裡。空間中，2015 TG387 到達近日點的位置與 2012 VP113、Sedna 以及大多數已知距離極遠的海王星外天體相似，這或能表明是某種天體的存在將它們推入類似的軌道。

Trujillo 和俄克拉何馬大學的 Nathan Kaib 假設了不同的 PlanetX 軌道，並用計算機模擬了這些軌道對 2015 TG387 的運行軌道產生的影響。這些模擬包含一個具有超級地球質量的行星模型，它在一個幾百天文單位（AU) 的細長軌道上運行，該模型由加州理工學院的 Konstantin Batygin 和 Michael Brown 在 2016 年提出。大量模擬結果顯示，2015 TG387 的軌道不僅為太陽系所影響，同時又被 Planet X 的引力支配，這使得體型較小的 2015 TG387 能夠保持和大行星的距離。這種引力支配解釋了為什麼遠太陽系天體都具有相似的軌道。這些軌道使它們始終其他行星，與之同理，冥王星與海王星即使軌道交叉也不會互相靠近。

「有趣的是，Planet X 對 2015 TG387 與其他遠太陽系天體的影響是一樣的，這些模擬結果並不能證明太陽系中還有另一個大行星的存在，但這一發現也可能成為外面可以有更大行星存在的證據。」Trujillo 總結道。

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