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太阳系第九大行星 这次是新发现的

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发表于 2016-3-17 00:30:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

有了开普勒空间望远镜任务后,“发现新行星”的报道已经不那么令人感到兴奋了。毕竟在最近20年的时间里,利用开普勒空间望远镜,天文学家已经发现了大约2000颗新行星。但是,当加州理工学院宣布他们发现了一颗新行星时,还是引起了轰动,因为新发现的这颗行星就在太阳系中,是太阳系的一部分。对于太阳系,之前你或许认为我们已经对它观测得十分详尽了。


很明显,事实并非如此。加州理工学院的行星科学家康斯坦丁·巴特金和迈克·布朗表示,他们找到了强有力的间接证据,证明有一颗质量大约10倍于地球的巨大行星正运行在冥王星之外的太阳系外层空间。他们是通过观测到的少量小天体轨道的反常现象推断出这个结论的。加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的行星形成和行星动力学家格雷格·劳克林说:“我已经有很长一段时间没有为一件事如此激动过了。”


这一天体已经被研究人员暂时命名为“第九大行星”。它与太阳的距离不小于305亿千米,是冥王星与太阳的平均距离的5倍以上。研究者说,尽管它的个头很庞大,但是它可能相当昏暗,所以目前还没有人观测到它。


“如果它真的存在,那才让人感到悲伤。”布朗说,“因为直到今天,我们也没能实实在在地看到它。”但是,相关的证据又是如此强有力,以至于其他专家对此给予了高度关注。夏威夷双子座天文台的乍德·特鲁希略说:“我认为这已经相当有说服力了。”美国西南研究所的太阳系理论学家戴维·奈斯沃尼说:“这些伙计真是太棒了,他们干得漂亮。”


奇怪的轨道


巴特金和布朗并不是最早认为太阳系中还有另外一颗行星的科学家。 2014年,卡内基科学研究所的特鲁希略和斯科特· 谢泼德就在《自然》杂志上声称,他们发现的一颗名为2012VP113的较小天体,以及之前观测到的存在于外太阳系的少量天体的运行轨迹,暗示那里可能存在一个行星大小的天体。证据存在于这些小天体的轨道中,尤其是一个名为近日点辐角的、不为人关注的参数上。该参数是用来描述一个天体到达其近日点的时间,与其穿越太阳系平面的时间之间的关系的。特鲁希略和谢泼德发现,这些小天体的近日点辐角相似到令人惊异的地步,这意味着它们可能被同一个未被人们观测到的行星的引力制约着。“我们注意到此事有些蹊跷,”特鲁希略说,“然后想,应该有人对此进行进一步探索。

一些团队已经去做了。最新的发现使这一推断得到了戏剧性的加强。巴特金说,近日点辐角的相似已经被证明“只不过是冰山一角”而已。


他和布朗做的第一件事,就是用一种全新的眼光分析特鲁希略和谢泼德的数据。巴特金说:“我们注意到,这些天体运行轨道的长轴均落在相同的太空象限中。”换句话说,它们指向了相同的方向。不过,这个结果并不能向我们保证什么,因为即使是两个轨道外形不尽相同的天体,也可能拥有相似的近日点辐角。但是,当布朗和巴特金将这些外太阳系天体的轨道绘制出来后,他们注意到,这些天体的轨道紧密地排成了一线。“诸如此类的东西,应该是很难被错过的吧?”布朗说,“是的,你也许会这样想。就是在这个案例中,我们将注意力完全埋在了数据中,从未退后一步,从更高的角度来观察整个太阳系。我简直不能相信,此前我们竟从未注意到这一点,这真是太荒谬了。”


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迈克·布朗(左,行星天文学教授)和康斯坦·丁(右,行星科学系助理教授)

这些遥远天体运行轨道的指向性是一个更为有力的证据,证明有某种力量正实实在在地约束着这些遥远的天体。布朗说:“最初,我们说着‘那儿不可能有一颗行星’那样的话,简直是太疯狂了。”因此,他们检验了一种最有可能的替代方案:由冰冻天体组成的柯伊伯带,其中所有的天体在形成过程中都是自然而然地聚集成群的,就像星系是由大爆炸释放出的宇宙气体云在万有引力的作用下互相吸引自发成形一样。


但是,他们很快意识到,该替代方案有一个致命的缺陷:柯伊伯带的质量不足以使这一切发生。然而,就在他们开始转向存在一颗行星这一疯狂的主张时,他们的模拟器正好模拟出了这些天体的轨道,但这些天体的轨道之间并没有对齐,其轨道与太阳系行星的运行轨道相比,呈现大幅度倾斜——与太阳系平面的夹角可达90°甚至更大。“这似乎的确令人费解,”巴特金说,“但随后迈克说,‘我想我以前在数据里见过与此相似的情况’。”果不其然,观测者已经发现了6个与之类似的天体,但对于这些天体为何会如此运行,没人能够给出很好的解释。现在,巴特金和布朗的模拟实验正在提出一种解释。劳克林说:“他们正在为这一假想行星整理出两条全新的、独立的证据链,令他们的假设更加有说服力。”


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近日点幅角

超级地球


最贴合数据的行星,其质量大约相当于地球的10倍——凭借这一质量,足可将它归入超级地球的范畴。它最有可能的运行轨道,是一个被高度拉扁的轨道,其近日点距离太阳在350亿千米以内(布朗认为,这正是它造成所有破坏的位置),远日点是其近日点的3倍至6倍。

即便是如此遥远的距离,原则上讲,这颗行星还是能被现有的望远镜观测到的,比如位于夏威夷的日本昴星团望远镜。昴星团望远镜不仅拥有用来捕捉十分微弱的光线的巨大镜头,还有广阔的视野,使研究人员可以高效地扫描大范围的天空。“很不幸,昴星团望远镜不归我们所有,”布朗说,“这就意味着,我们不太可能成为最早观测到它的人了。因此,我们要做的是告诉其他所有人,该往哪儿观测。”



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6个海王星轨道以外的遥远天体神秘地排列在了同一个方向(粉色)。在三维空间中,它们又和太阳系平面保持了相同的夹角。研究者发现,只有在太阳系的相反方向上存在一个质量10倍于地球的行星(黄色),才能维持这样的轨道格局。

在真正看到它之前,天文学家也不能明确地说第九大行星是真实存在的。“对于宣称太阳系里还有另外一颗行星的言论,我倾向于保持十分怀疑的态度,”美国西南研究所的哈尔·利维森说,“在我的职业生涯中,已经听过太多太多此类言论了,但全部都是错误的。当然,轨道对齐是真实存在的,肯定有某些因素造成了这种现象。但这些因素究竟是什么,还需要更进一步的探究。”

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如果存在“第九大行星”,就会存在一组轨道非常特殊的天体。它们与“第九大行星”呈一定的夹角,并与太阳系平面几乎垂直。这些天体确实存在,已知的有6个。(蓝色)

但是,总而言之,我们可能行将有如此一个重大发现的前景,还是令行星科学家感到十分激动。“在我成长的过程中,”谢泼德说,“我们曾以为,太阳系内的所有大行星都已经被发现了。知道我们过去的认识是错的,真是让人既感到振奋,又感到惊喜。”


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第九大行星的艺术想象图

劳克林说:“ 1846年9月10日,英国天文学家约翰·赫歇尔在与英国科学促进协会的谈话中提到的内容,极大地调动了整个天文学界的情绪。他观测到了天王星轨道不合常规的变化,表明某个未知大行星的引力正在牵引着天王星。在谈到这个神秘天体时,赫歇尔说:‘我们要看到它,就像哥伦布从西班牙海岸眺望美洲大陆一样。但利用观测到的证据进行深远的分析,我们已经感受到了它的一举一动。’仅仅两周之后,人们就在理论家计算出来的位置上,发现了海王星。”


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