發現逆骨天體:太陽系存在垂直黃道面的小行星帶?

2021-01-18 太空聯盟


撰文:陳英同(臺灣中研院天文所) 林省文(臺灣中央大學天文研究所)

責編:魏朝博

審校:鄭永春


日前,臺灣天文學家與多國科學家所組成的合作團隊,利用泛星計劃(Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System 1 Survey ,Pan-STARRS 1)發現了一顆逆行且其軌道平面幾乎垂直於太陽系黃道面的柯伊伯帶天體。此發現讓團隊想起有其他五顆類似的天體也運行在同一面上,可以為外太陽系的動力學研究,提供進一步的方向。論文發表於ApJ Letters .


A. 天文學家發現一顆小行星並稱它為Niku(逆骨)

B. 逆骨這顆天體的軌道傾角為110度(幾乎垂直於太陽系黃道面)

C. 科學家找到運行在同一平面上的六個天體,具有相似的運行軌道

D. 這一結果或許將開啟我們還不了解的外太陽系世界


英國皇后大學的博士後Michele Bannister說:「我希望每個人都系好安全帶,因為外太陽系變的越來越奇怪了。」她這麼說,是因為最近發現的一顆柯伊伯帶天體,其軌道跨越了海王星軌道前後。該天體比海王星暗16 萬倍,也就是說,它的直徑可能不到200公裡。它現在正位於太陽系平面上方,而且逐日往上走;其運行方式與其他太陽系天體也非常不一樣:逆行且近乎垂直於黃道面。這也就是為什麼團隊給它一個暱稱叫Niku( 逆骨) 。

 

它到底有多叛逆呢?太陽系行星系統運行在同一平面,如同太陽形成初期,氣體與塵埃會沉降到一個碟狀的平面。角動量迫使所有物質都朝同一方向旋轉。也就是說,假如有一個天體不是沿著太陽系平面運行,或是反向旋轉的話,它很容易就會被踢出太陽系。因此,在40 億年後的現在,我們不太可能看到這種叛逆的天體。哈佛史密松天體物理中心的Matthew Holman表示:「這代表外太陽系正在發生我們不清楚的現象。」他也是泛星計劃中外太陽系子項目的負責人。加州理工學院的Konstantin Batygin則認為:「當你在外太陽系看到某種特有現象,而你又無法解釋時,那是非常令人興奮的,因為這代表我們對太陽系的認知將有新的進展。」

 
外太陽系天體的想像圖(圖片來源:ESO/L. Calçada/Nick Risinger )


雖然逆行天體的軌道不穩定,但由於Niku的軌道幾乎垂直於黃道平面,大大降低了它與海王星等行星接觸的機會,因此,Niku仍可以在太陽系內存活數億年之久。

 

不過更不可思議的是,Niku並非獨自運行在其獨特的垂直軌道——天文學家們發現Niku與另外五個天體的軌道十分相似,它們的軌道都幾乎垂直於黃道面,其中一個還被暱稱為「吸血鬼德古拉」。這六個天體都運行在與太陽系其他行星和小行星截然不同的軌道平面,儼然成為垂直於黃道面的小行星帶。



六顆天體的軌道側視圖。當視角調整到這個特別的方向時,可以明顯的看到這幾顆天體都位於同一平面上。(圖片由陳英同提供)


根據天體力學理論與數值模擬的結果,這個垂直黃道面的小行星帶不應該存在,而這六個「叛逆」的小天體應該會在很短時間內各分東西。是什麼力量讓它們聚集到同一軌道上? 天文學家們想到的第一個外力就是可能存在的第九行星,然而很快地就發現這顆未知行星太過遙遠,不可能影響這些位於海王星附近的天體。究竟是何種天體力學機制牽引著Niku和其他類似天體?目前,天文學家還沒有好的答案,或許聰明的你能夠想出獨到的見解?

 

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