“第九行星”出炉记

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-01-27 20:53:32 | 作者:Melipal 译 | 来源:Sky & Telescope | 浏览:1662次 ]

原文标题:Making the Case for “Planet Nine”

作者:Kelly Beatty   原文来自:SkyandTelescope.com   Posted: 2016. 1. 20

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

否存在一颗距离极远的大质量行星环绕着太阳运行?一项对太阳系外围轨道的新分析认为,它应该存在。

自学成才的天文学家珀西瓦尔·洛韦尔(Percival Lowell)已经逝世将近半个世纪了。他作出了著名的预言,任务海王星之外应该存在“X行星”,由此引发了洛韦尔天文台的搜索行动,又由此雇佣了克莱德·汤博(Clyde Tombaugh),然后……好吧,你们知道故事的剩余部分。

现在一项由预言驱动的远距离大质量行星的搜索正在进行中,它的驱动力是太阳系一些最遥远的天体轨道方面的反常现象。一项新的分析加速了这项搜索。它给出了间接证据,说明一颗着实非常大且尚待发现的行星在距离太阳非常遥远的地方运行。

在2月的《天文学报》杂志上,来自加州理工学院的康斯坦丁·巴蒂金(Konstantin Batygin)与迈克尔·布朗(Michael Brown)描述道,与太阳的平均距离至少达到了150天文单位,最近也不会近于50天文单位的柯伊伯带天体存在一个有趣的动力学特性。它们的近日点,也就是轨道上最靠近太阳的地方,在黄道面附近存在成团现象。而且在通过近日点时,它们都是从南到北运动的。(对于你们当中的未来行星际导航员而言,这个轨道根数叫做近日点幅角。)

假想的“第九行星”平均距离会是大约1000亿千米左右,环绕太阳运行一周需要1万到2万年。(图片提供:Caltech / Robert Hurt)

这不仅仅是个古怪的巧合,而且几年前,当2012 VP113发现之后,这种成团性就已经得到了很多人的注意。在这一发现公布的时候,来自双子天文台的查德威克·特鲁希略(Chadwick Trujillo)和卡耐基科学研究所的斯科特·谢泼德(Scott Sheppard)注意到了2012 VP113、90377号小行星赛德娜以及10个其他天体之间的近日点相似性。而且这些天体的轨道是某类动力学上的“无人之境”,没有任何一种简单的解释可以说明它们为什么会来到这里。他们得出的结论是,一颗距离更远的大质量行星可能是元凶。2014年,我就此问题撰写了一篇长文。

现在,巴蒂金与布朗将这个概念更进一步。他们的分析表明,太阳系中最遥远的6个天体不仅存在近日点成团的现象,而且其椭圆轨道在太空中还指向一处,位于黄道面下方大约30度左右。总而言之,这6个天体的轨道太过相似,偶发的概率只有0.007%。更且这些彼此详尽的轨道不会是单纯从太阳系形成之初的残留。随着时间的推移,巨行星的扰动会让它们慢慢漂移开来。必然存在什么东西活跃地让它们聚集在一起。

太阳系中已知最遥远的6个天体的轨道,它们的轨道(以洋红色表示)位于海王星之外,都指向一处。一颗假想的大质量“第九行星”(轨道以橙色表示)可能能够解释它们让人费解的排列。(图片提供:Caltech / Robert Hurt)

新近的分析表明,特鲁希略和谢泼德提出的那个天体并不能起作用。这个天体的质量合地球的5倍,在距离太阳210天文单位的圆形轨道上运行。相反,巴蒂金与布朗提出了一个质量更大的假想天体,他们为其取了“第九行星”的绰号,以强调它的顺序。它的近日点距离大约是300天文单位,不仅可以自然解释赛德娜及其同类成团的近日点分布,还可以顺理成章地说明它们动力学上让人困惑的轨道。

“第九行星”并不是一下子经由近距离动力学遭遇将所有这些其他天体的轨道一口气制服的。相反,随着时间的推移,它的质量将逐渐扰动赛德娜等天体,让它们经由共振进入束缚轨道,这就好像海王星俘获了冥王星进入3:2共振一样(也就是说,海王星每走完3个轨道周期,冥王星就走完2个)。

而这颗假想的行星是如何在距离太阳如此遥远的地方形成的?很可能它并非如此。巴蒂金与布朗提出,它是一颗被抛弃的行星,在距离太阳近得多的地方形成,随后可能被木星或太阳本身抛到了外围。

那么“第九行星”在哪里?

倘或巴蒂金与布朗是正确的,这个天体的质量至少相当于地球的10倍(直径是地球的2到4倍),在一条高度偏心的轨道上运行,与太阳的平均距离可能达到700天文单位(1000亿千米)左右。实际上,如下图所示,很多轨道形态都是可行的,而且我们也没有办法知道这个假想的天体现在可能位于轨道的哪个地方——而它的轨道周期可能介于1万到2万年之间。

图中的黑线表示假想的“第九行星”可能的位置以及观测特性的分布范围。(红线勾勒出了银河系,蓝线是黄道。)(图片提供:Konstantin Batygin & Mike Brown)

我可以料到,你在想:“这样一个大型天体现在应该已经可以被发现了”。好吧,可能并非如此。当它靠近太阳的时候,可能不会很暗。但高度偏心的轨道意味着,在大多数时间里,它在远离近日点的区域徘徊,因此有可能它位于远日点附近,星等在22等左右,这超出了如今大多数望远镜巡天的观测能力。更不妙的是,预言的远日点区域对应天空中含有银河系的一处天区,主要的巡天尚未覆盖这里。

同时,来自宾夕法尼亚州立大学的凯文·鲁赫曼(Kevin Luhman)已经使用NASA的广域巡天红外探测器(WISE)的观测来搜索远方的行星了,这架望远镜对大型天体向太空毒蛇的热量很敏感。问题是遥远的“木星”或“土星”应该是很温暖的,但一颗10倍地球质量的“小型海王星”并不会。现在,鲁赫曼正在考察WISE一组有限的观测数据,它们是在波长较长的红外波段获取的,只覆盖了全天的20%左右,可能将将能够揭示出一颗较小且温度较低的天体。

哪怕假想中的“第九行星”从来没有被直接观测到,如果我们能够观测到更多非常遥远的柯伊伯带天体,并估计它们的轨道分布,这颗行星的存在可能会得到进一步的间接证明。

点击这里可以阅读巴蒂金与布朗的论文,但是我要警告你,其中充满了高阶数学推导。也许阅读加州理工学院的新闻报道更容易一些。

(全文完)

Tags:第九行星

责任编辑:Melipal

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