它能幫我們找到太陽系新任「第九大行星」嗎?

2020-12-06 博科園
博科園：科學科普-天文學類

2016 年天文學家為了解釋太陽系系外天體一種奇怪的聚集現象，提出在海王星軌道外存在太陽系內的「第九大行星」，並有望在五年內觀測到該行星。目前為止研究已持續超過兩年。雖然還未能實際觀測到質量可能是地球十倍大的「第九大行星」，但研究有了新的進展。

圖片來源：NASA/約翰霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究所

天文學家在海王星之外發現了一個與太陽系內行星軌道截然不同的天體，這一結果近期發表在 ArVix 預印本平臺上。太陽系內的行星均在一個近似圓盤狀的軌道面內運行。而新發現的天體 2015 BP519 軌道十分特殊，其軌道面高度傾斜，與太陽系軌道面夾角為 54 度。為了研究這顆行星特殊軌道面的形成原因，密西根大學（University of Michigan）的博士朱麗葉·貝克爾（Juliette Becker）等人對太陽係數百萬年來的結構進行了模擬。

只有當她們假設太陽系內存在「第九大行星」時，模擬結果才能很好的解釋以下現象：2015 BP519在第九大行星的重力作用下，擁有了高度傾斜的軌道面。論文第一作者貝克爾說：「相信『第九大行星』假說的人，會把這當成其存在的證據之一。但不相信假說的人很可能會認為，現在只有這一個天體的軌道是這樣的，一個特例說明不了什麼。」

提出「第九大行星」假說的加州理工學院（the California Institute of Technology）天文學家麥克·布朗（Mike Brown）和康斯坦丁·巴特金（Konstantin Batygin）在得知貝克爾的結果後，欣喜若狂。巴特金表示，他們之前的理論工作表明，類似 2015 BP519 的天體有可能會受到未知行星的重力影響，形成高度傾斜的軌道。

巴特金說：「我在做計算把太陽系已知結構搞清楚的同時，也能發現海王星外這些軌道高度傾斜的天體。」他還補充道：「我越來越覺得太陽系裡要是沒有『第九大行星』，這些現象就很難解釋得通。」當然這一發現並不能證實「第九大行星」確實存在。天文學家們目前依舊只能通過觀察遙遠天體的運動，並結合計算模擬手段間接推斷出這一大質量行星的存在。

「第九大行星」之爭

有關「第九大行星」的理論 2014 年首次出現。當時天文學家斯科特·謝潑德（Scott Sheppard）和查德·特魯希略（Chad Trujillo）發現柯伊伯帶（Kuiper Belt，海王星軌道外存在冰態行星和巖質行星的區域）的六顆小行星存在一種神秘的聚集現象。它們的軌道均以相同的方式傾斜，如果沒有外力作用，這種排列很難產生。謝帕德和特魯希略認為，陰影區中隱藏著一顆大質量行星，扭曲了附近小行星的軌道。布朗和巴特金為了解開這個謎題進行了進一步研究。幾個月的研究過後，他們提出唯一合理的解釋就是太陽系中存在一顆質量很大、足以影響附近小行星軌道的「第九大行星」。

「第九大行星」可能運行的軌道（橙色）；圖片來源：TheAtlantic

對這一假說支持和懷疑的聲音摻半。懷疑者認為，布朗和巴特金使用的數據具有主觀性——人類易於看到自己所期望的事物。引起天文學家爭議的現象——海王星外六個天體的特殊聚集，可能並沒有什麼奇怪之處。也許這只是由於望遠鏡觀測視野較狹窄而產生的假象，在我們觀測不到的廣闊空間中並沒有什麼聚集現象。耶魯大學的天文學家格雷戈裡·勞克林（Gregory Laughlin）則認為貝克爾的發現為假說提供了堅實依據，不過他也表示了自己的擔憂：「如果某項事物的發現會帶來巨大的財富和名譽，人們就會調動所有的資源去尋找它。

這種情況下，很容易得到有失偏頗的結論。在誘人利益的驅使下，人們更傾向於走捷徑。」舉個例子，布朗和巴特金在嘗試用望遠鏡直接觀測到「第九大行星」的時候，一直用一個 19 世紀的故事來警示自己：法國數學家奧本·勒威耶（Urbain Le Verrier）繼 1846 年發現海王星之後，還提出在太陽和水星之間存在火神星（Vulcan），但後來證實他錯了。貝克爾及其團隊正嘗試發現更多類似 2015 BP519 的行星，好進一步證實這項假說。理論上來說，每多發現一個類似的天體，天文學家們就能進一步縮小「第九大行星」的範圍，直到用望遠鏡真正捕捉到這個行星的身影。

撲朔迷離

但與此同時，科羅拉多大學博爾德分校（the University of Colorado at Boulder）的天體物理學家安瑪麗·馬迪根（Ann-Marie Madigan）認為，未來的發現實際上可能不會支持「第九大行星」的假說。馬迪根說，2015 BP519 的特殊軌道可以用她有關天體聚集的理論來解釋，這和一個隱藏的大質量行星沒有關係。這種聚集可以用小天體間的相互作用來解釋——它們散布在外太陽系，總質量有十個地球那麼大。

單單一個小天體不會產生如此巨大的引力，但是它們的集體運動會擾動附近天體的軌道。在 2015 年的一篇論文中，馬迪根預測這種機制會導致像 2015BP519 這樣的天體軌道偏離太陽系平面。馬迪根說：「我把這稱為『自引力（self-gravity）』機制。我相信是小天體群造成了行星軌道傾斜的原因，這不需要假設新的東西。如果我們相信這是因為存在『第九大行星』，是它造成了太陽系外行星的這種奇怪現象，那麼下一步就要思考，『第九大行星』怎麼會在那兒？」

巴特金和馬迪根是朋友，他說自己無法用計算機模擬出「自引力」機制下的太陽系模型。如果模型最終能被模擬出來，他們得到的柯伊伯帶圖片也會與現有結果相矛盾。巴特金說：「但你還能再提出一個不需要『第九大行星』的假說嗎？好吧，確實有。」布朗和巴特金亟待發現下一個有利證據。但他們更希望的是直接觀察到『第九大行星』。他們甚至已經有點不耐煩了，好像這顆行星幾個月前就應該被發現。巴特金抱怨：「當然，顯而易見的(下一步)就是直接找到這顆該死的行星。」

勞克林認為，即使找不到「第九大行星」，在太陽系邊緣搜尋一番也很有價值。這裡的冰態行星和巖質行星是太陽系形成初期的產物，我們對他們的研究越深入，對太陽系在宇宙中的形成過程就越清楚。外太陽系的小天體「能夠讓我們更好地理解我們的太陽系在銀河中的特殊性，這才是最重要的地方，」勞克林如是說。他說：「太陽系確實很特殊，而理解這種特殊性的線索，就隱藏在太陽系邊緣那些原始的天體中。」

博科園-科學科普｜文：Marina Koren｜來自：來自：科研圈/keyanquan

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  • 太陽系第九大行星真的存在嗎
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  • 發現了太陽系第九大行星?
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  • 太陽系邊緣或藏新的第九大行星
    太陽系原本有「九大行星」，這是我們從小在學校裡學到的「常識」。然而在2006年，由於冥王星被「開除」大行星資格，太陽系只剩下了「八大行星」。不過現在事情可能又將出現變化，科學家們近日宣稱他們似乎找到了太陽系外圍隱藏的另外一顆大行星存在的跡象，如果這一發現能夠被證實，那太陽系就將重回「九大 行星」的時代。
  • 太陽系邊緣或藏新的第九大行星
    如果它的存在得到證實，那麼太陽系重回「九大行星」時代將會是毫無懸念的 由於我們目前並不知道這顆行星究竟在它軌道的什麼位置上，因此理論上說世界各地的天文觀測機構應該都有機會率先發現它 新浪科技訊北京時間1月22日消息，太陽系原本有「九大行星」，這是我們從小在學校裡學到的「常識」。
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