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太陽系內第九顆行星到底是找不到還是不存在?
2019年06月27日 08:05  來源:科技日報  宋體
資料圖:開普勒探測器發現的一顆類地行星。
資料圖:開普勒探測器發現的一顆類地行星。

  不知不覺,距離上一次在太陽系內發現行星已過去了170多年。如果能在太陽系內發現新的行星,或許是可以獲得諾貝爾獎的事。

  不過,自1846年海王星被發現以后,相當長一段時間內,幾乎沒有人再去尋找新的行星,因為能找到的機會十分渺茫。

  近些年,關于太陽系內神秘行星的討論變得熱烈。有天文學家表示,在太陽系的邊界上可能藏著一顆行星——行星九。如今,已有文章討論了它可能是何種模樣的細節。不久前,美國科學家還計算出了“行星九”不存在的概率為0.002。

  為什么一些天文學家認為太陽系一定存在“老九”?如果存在,它是什么模樣,又身處何方?

  奇特天體現身太陽系邊緣

  實際上,從概率上講,在太陽系內發現新行星的可能性不大。我們來對太陽系這片區域做一個摸查。假如在海王星到太陽之間的范圍存在新行星,那么依靠現有觀測條件是可以看到的,但現實是,天文學家們并沒有觀測到。

  而在外太陽系范圍的“海王星外天體”(TNO)中,存在新行星的可能性非常小。“因為這個區域的物質密度更低,行星的成長時間要花上億年,十分漫長,所以不太可能長出行星。”南京大學天文與空間科學學院教授周禮勇接受科技日報記者采訪時說。

  直到2014年左右,天文學家陸續在柯伊伯帶(海王星軌道之外黃道面附近的區域)發現了一些奇怪的天體,它們具有很大的軌道半長徑(幾百個天文單位)。對此,有人解釋道,這種情況是海王星引力散射作用導致的。

  但是近5年,天文學家們又發現了另外一些奇怪的天體,它們不僅軌道半長徑很長,而且近日點距離也很大,超過了40個天文單位。另外,這些天體的近日點方向基本指向同一個方向。如果是海王星或其他行星的散射作用,這些天體的近日點距離應該是比較小的。而在大行星的攝動作用之下這些天體的近日點方向也應該逐漸彌散。

  一直以來,來自美國加州理工學院的邁克·布朗被稱為“冥王星殺手”,因為他的研究對冥王星降級為“矮行星”起了直接作用。但也正是他,計算出“行星九”不存在的概率為0.002。如今,太陽系似乎有望重新擁有第九大行星,但這一次,“老九”不是冥王星。

  2016年,邁克·布朗和同事康斯坦丁·巴特金發現,太陽系邊緣柯伊伯帶中的6顆天體出現了奇怪的運行軌道,它們就像6塊以不同速率運轉的鐘表。但無論何時去看,這些鐘表指針都在相同地方。天文學家認為,這一現象碰巧發生的可能性為0.007%。在排除其他可能性后,兩人推測,造成這種現象的原因可能是“一顆真正的行星”在發揮引力作用。

  是否有可能是暗物質的作用呢?周禮勇表示,太陽系附近暗物質的密度很低,所以不可能是暗物質的影響。

  “最初,這樣奇怪的天體并不多,所以很多人會反對存在‘行星九’的說法。然而,隨著近幾年不斷有新發現,‘行星九’存在的統計學顯著性逐漸提高。”周禮勇解釋道。

  直接觀測到“老九”有難度

  目前雖然未能直接觀測到“行星九”,但可以通過數學模型和計算機模擬推測它的存在。科學家通過計算機模擬估計行星的位置,并提出了“行星九”的一些基本參數。比如,“行星九”的軌道半長徑是200至800個天文單位,質量是地球質量的5—10倍,軌道偏心率是0.2—0.5,軌道傾角是15°至25°。

  但“行星九”撲朔迷離,用望遠鏡“鎖定”它相當困難。周禮勇解釋道:“因為現在的參數很有限,而且,關于“行星九”的位置定位并沒有足夠精確,只是一個比較寬泛的范圍。假如這顆星真的存在,由于身處遙遠的太陽系邊緣,那么它肯定十分暗淡。”

  視星等,是指可見光波段所看到的星體亮度,根據傳統定義,其數值越大越暗,反之則越亮,而且其取值可以是負數。視星等既與星體的發光能力(光度)有關,也與星體與觀測者的距離有關。因此,暗弱、甚至本身不發光的星體可以擁有很低的視星等值,如滿月時月球的視星等約為-12;而發光能力很強的星體卻可能因為與地球之間遙遠的距離而有著很高的視星等值。根據“行星九”的大小、反照率以及與地球的距離推測,這顆神秘行星的亮度約為22等—24等。

  周禮勇坦言,要在天空中很大一片區域去尋找一顆遙遠的天體,并不容易。

  北京師范大學天文系教授高健接受科技日報記者采訪時表示,沒有直接觀測到“行星九”的原因很簡單。“一種情況是,現有的論文所提的推測不準確,‘行星九’實際不存在,那當然就觀測不到。另一方面,‘行星九’若位于柯伊伯帶或更遠的地方,那么觀測難度非常大。”

  高健補充道,如果“行星九”距離太陽很遙遠,那么它屬于氣態巨行星的可能性很小,畢竟現已發現的柯伊伯帶天體大多是冰質天體。

  除了觀測手段,也有人通過理論手段尋找“行星九”。周禮勇介紹道,根據行星的攝動理論,如果“行星九”存在,除了對周圍的小天體產生影響,還會影響其他行星,比如木星。

  因此,科學家利用比對行星歷表的方法去尋找“行星九”。“但目前的觀測精度不能否定也不能肯定‘行星九’的存在。”周禮勇表示。

  存在與否學界尚無定論

  不過,科學家正在考慮用其他方案尋找這顆行星。比如,通過下一代CMB(宇宙微波背景)實驗。宇宙微波背景是迄今為止觀測到的最古老的光,記錄著有關宇宙的歷史信息。通過望遠鏡和超級計算機解析其微妙的特征,宇宙學家已經獲得了關于宇宙屬性及其歷史的見解。

  周禮勇表示,有不少研究人員對“行星九”的存在持懷疑態度。一種觀點認為現在研究的這批具有特殊軌道的小行星,樣本數過少不足以說明問題。另一種觀點認為,以現有的機制,很難理解“行星九”存在的合理性——為什么一個體積龐大的行星會離太陽如此遙遠?

  “因為離太陽越遠,物質密度越低,演化速度也越慢,所以很難想象這樣的環境能孕育出一顆體積龐大的行星。”周禮勇解釋,如果“行星九”是一顆從外部飄來的流浪行星,對于俘獲它的機制目前并沒有很好的解釋。

  “說實話,我不認為‘行星九’存在,頂多是大一點的海王星外天體。”高健表示。

  美國科羅拉多大學的研究人員雅各布·弗萊西格也認為“行星九”并不存在,而是一群小天體共同產生作用,致使周圍出現軌道奇特的小天體。但為什么有這樣一群小天體呢?至今依然沒有很好的解釋。

  高健直言,“行星九”的存在并沒有得到天文界的共識。但有關太陽系天體的望遠鏡搜尋項目很多,也不斷有新的太陽系小天體、海王星外天體被發現,如果真有“行星九”,隨著觀測技術的提高和天文學家的關注,早晚還是能發現的。

  “尋找‘行星九’或許可以滿足人類無窮無盡的好奇心。當然如果真的發現‘行星九’,會對太陽系形成理論帶來挑戰,特別是如果這個‘行星九’個頭夠大的話。”高健說。

編輯:葉霖嘉
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