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太阳系“老九” 到底是找不到还是不存在

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发表于 2019-6-28 07:17:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

  来源:科技日报
  不知不觉,距离上一次在太阳系内发现行星已过去了170多年。如果能在太阳系内发现新的行星,或许是可以获得诺贝尔奖的事。
  不过,自1846年海王星被发现以后,相当长一段时间内,几乎没有人再去寻找新的行星,因为能找到的机会十分渺茫。
  近些年,关于太阳系内神秘行星的讨论变得热烈。有天文学家表示,在太阳系的边界上可能藏着一颗行星——行星九。如今,已有文章讨论了它可能是何种模样的细节。不久前,美国科学家还计算出了“行星九”不存在的概率为0.002。
  为什么一些天文学家认为太阳系一定存在“老九”?如果存在,它是什么模样,又身处何方?
  奇特天体现身太阳系边缘
  实际上,从概率上讲,在太阳系内发现新行星的可能性不大。我们来对太阳系这片区域做一个摸查。假如在海王星到太阳之间的范围存在新行星,那么依靠现有观测条件是可以看到的,但现实是,天文学家们并没有观测到。
  而在外太阳系范围的“海王星外天体”(TNO)中,存在新行星的可能性非常小。“因为这个区域的物质密度更低,行星的成长时间要花上亿年,十分漫长,所以不太可能长出行星。”南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇接受科技日报记者采访时说。
  直到2014年左右,天文学家陆续在柯伊伯带(海王星轨道之外黄道面附近的区域)发现了一些奇怪的天体,它们具有很大的轨道半长径(几百个天文单位)。对此,有人解释道,这种情况是海王星引力散射作用导致的。
  但是近5年,天文学家们又发现了另外一些奇怪的天体,它们不仅轨道半长径很长,而且近日点距离也很大,超过了40个天文单位。另外,这些天体的近日点方向基本指向同一个方向。如果是海王星或其他行星的散射作用,这些天体的近日点距离应该是比较小的。而在大行星的摄动作用之下这些天体的近日点方向也应该逐渐弥散。
  一直以来,来自美国加州理工学院的迈克·布朗被称为“冥王星杀手”,因为他的研究对冥王星降级为“矮行星”起了直接作用。但也正是他,计算出“行星九”不存在的概率为0.002。如今,太阳系似乎有望重新拥有第九大行星,但这一次,“老九”不是冥王星。
  2016年,迈克·布朗和同事康斯坦丁·巴特金发现,太阳系边缘柯伊伯带中的6颗天体出现了奇怪的运行轨道,它们就像6块以不同速率运转的钟表。但无论何时去看,这些钟表指针都在相同地方。天文学家认为,这一现象碰巧发生的可能性为0.007%。在排除其他可能性后,两人推测,造成这种现象的原因可能是“一颗真正的行星”在发挥引力作用。
  是否有可能是暗物质的作用呢?周礼勇表示,太阳系附近暗物质的密度很低,所以不可能是暗物质的影响。
  “最初,这样奇怪的天体并不多,所以很多人会反对存在‘行星九’的说法。然而,随着近几年不断有新发现,‘行星九’存在的统计学显著性逐渐提高。”周礼勇解释道。
  直接观测到“老九”有难度
  目前虽然未能直接观测到“行星九”,但可以通过数学模型和计算机模拟推测它的存在。科学家通过计算机模拟估计行星的位置,并提出了“行星九”的一些基本参数。比如,“行星九”的轨道半长径是200至800个天文单位,质量是地球质量的5—10倍,轨道偏心率是0.2—0.5,轨道倾角是15°至25°。
  但“行星九”扑朔迷离,用望远镜“锁定”它相当困难。周礼勇解释道:“因为现在的参数很有限,而且,关于“行星九”的位置定位并没有足够精确,只是一个比较宽泛的范围。假如这颗星真的存在,由于身处遥远的太阳系边缘,那么它肯定十分暗淡。”
  视星等,是指可见光波段所看到的星体亮度,根据传统定义,其数值越大越暗,反之则越亮,而且其取值可以是负数。视星等既与星体的发光能力(光度)有关,也与星体与观测者的距离有关。因此,暗弱、甚至本身不发光的星体可以拥有很低的视星等值,如满月时月球的视星等约为-12;而发光能力很强的星体却可能因为与地球之间遥远的距离而有着很高的视星等值。根据“行星九”的大小、反照率以及与地球的距离推测,这颗神秘行星的亮度约为22等—24等。
  周礼勇坦言,要在天空中很大一片区域去寻找一颗遥远的天体,并不容易。
  北京师范大学天文系教授高健接受科技日报记者采访时表示,没有直接观测到“行星九”的原因很简单。“一种情况是,现有的论文所提的推测不准确,‘行星九’实际不存在,那当然就观测不到。另一方面,‘行星九’若位于柯伊伯带或更远的地方,那么观测难度非常大。”
  高健补充道,如果“行星九”距离太阳很遥远,那么它属于气态巨行星的可能性很小,毕竟现已发现的柯伊伯带天体大多是冰质天体。
  除了观测手段,也有人通过理论手段寻找“行星九”。周礼勇介绍道,根据行星的摄动理论,如果“行星九”存在,除了对周围的小天体产生影响,还会影响其他行星,比如木星。
  因此,科学家利用比对行星历表的方法去寻找“行星九”。“但目前的观测精度不能否定也不能肯定‘行星九’的存在。”周礼勇表示。
  存在与否学界尚无定论
  不过,科学家正在考虑用其他方案寻找这颗行星。比如,通过下一代CMB(宇宙微波背景)实验。宇宙微波背景是迄今为止观测到的最古老的光,记录着有关宇宙的历史信息。通过望远镜和超级计算机解析其微妙的特征,宇宙学家已经获得了关于宇宙属性及其历史的见解。
  周礼勇表示,有不少研究人员对“行星九”的存在持怀疑态度。一种观点认为现在研究的这批具有特殊轨道的小行星,样本数过少不足以说明问题。另一种观点认为,以现有的机制,很难理解“行星九”存在的合理性——为什么一个体积庞大的行星会离太阳如此遥远?
  “因为离太阳越远,物质密度越低,演化速度也越慢,所以很难想象这样的环境能孕育出一颗体积庞大的行星。”周礼勇解释,如果“行星九”是一颗从外部飘来的流浪行星,对于俘获它的机制目前并没有很好的解释。
  “说实话,我不认为‘行星九’存在,顶多是大一点的海王星外天体。”高健表示。
  美国科罗拉多大学的研究人员雅各布·弗莱西格也认为“行星九”并不存在,而是一群小天体共同产生作用,致使周围出现轨道奇特的小天体。但为什么有这样一群小天体呢?至今依然没有很好的解释。
  高健直言,“行星九”的存在并没有得到天文界的共识。但有关太阳系天体的望远镜搜寻项目很多,也不断有新的太阳系小天体、海王星外天体被发现,如果真有“行星九”,随着观测技术的提高和天文学家的关注,早晚还是能发现的。
  “寻找‘行星九’或许可以满足人类无穷无尽的好奇心。当然如果真的发现‘行星九’,会对太阳系形成理论带来挑战,特别是如果这个‘行星九’个头够大的话。”高健说。
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