强有力的证据表明冥王星之外有个超大行星

摘要

在被《天文学杂志》接受发表的论文里,加州理工学院的行星学家康斯坦丁·巴特金(Konstantin Batygin)和迈克尔·布朗(Mike Brown)展示了他们所说的强有力的旁证,表明太阳系内存在一颗非常大的未知行星,其质量约为地球的10倍,在冥王星以外的轨道上绕太阳运行。

天文学家发现的证据强烈暗示在幽暗的柯伊伯带存在着一个巨大的未知世界

艺术家笔下的 行星九的长相

艺术家笔下的行星九的长相

现如今“发现新行星”的新闻已经和“狗咬人”一样难以激动人心了。这主要归功于开普勒太空望远镜,在过去的二十年间,天文学家已经确认了大约2,000个新的行星世界,它们所围绕的恒星距离地球数十到数百光年。这些新发现在科学上自然十分重要,但因为确认的行星太多了,所以单个行星就不会引起太大的轰动。不过今天(译者注:2016年1月20日)加州理工学院宣布发现一颗新的行星就完全不同了,因为这并不是一颗绕着遥远恒星运行的行星。它是我们太阳系,一个你认为我们已经足够了解的地方的一员。

事实上宣布的并非直接证据:在被《天文学杂志》接受发表的论文里,加州理工学院的行星学家康斯坦丁·巴特金(Konstantin Batygin)和迈克·布朗(Mike Brown)展示了他们所说的强有力的旁证,表明太阳系内存在一颗非常大的未知行星,其质量约为地球的10倍,在冥王星以外的轨道上绕太阳运行。这些科学家是从一些他们能看到的小星体的不寻常的轨道中推断存在这样一颗行星。“我已经有相当长的时间没有这么兴奋过了。” 格雷格·劳克林(Greg Laughlin)说道,他是加州大学研究行星形成和行星动力学的专家,但没有参与此次研究。

科学家们暂定名为 “行星九”的这一天体距离太阳至少有305亿公里,是冥王星距离太阳平均距离的6倍。虽然其体型巨大,但非常暗淡,所以论文作者认为从来没有人看到过它,这一点并不奇怪。

当然了,说这些的前提是它真的存在。“很不幸的是,”布朗说:“我们还没有它的实际观测证据。”但是现有证据已经很强,以至于其他专家们现在在很严肃的看待这件事情。“我认为非常有说服力。” 夏威夷国家光学天文台双子科学中心的查德·特鲁希略(Chad Trujillo)说道。美国航宇局西南研究所(SwRI)的太阳系理论学家大卫·奈斯沃尼(David Nesvorny)也对此极为关注,“这两个家伙确实很棒,”他说:“他们做出很好的研究。”

利用WorldWide Telescope软件制作的动画

利用WorldWide Telescope软件制作的动画

 

奇怪的轨道

巴特金和布朗并非首位提出我们的太阳系里还有尚未发现的行星的人。2014年特鲁希略和卡内基科学研究所的斯科特·谢泼德(Scott Sheppard)就在《自然》上提出,包括他们发现的小天体(编号2012VP113)在内的外太阳系的若干已知天体的不寻常之处,暗示在那里或许存在一颗行星尺度的大家伙。证据就在于它们的轨道中,特别是一个被称为“近心点辐角”(是描述在轨道上天体在近拱点时,相对于升交点的角度)的参数。特鲁希略和谢泼德发现他们所研究的这些天体的近心点辐角惊人的相似,这表明它们都受到一个未知物体的引力的影响。“我们注意到一些有趣的东西,” 特鲁希略说:“我们说该有人更进一步去探索。”(《科学美国人》是自然出版集团的一部分)

一些研究小组的确做了进一步的研究,大家都认为确实有可能存在的一颗未知的行星,但这一切还是推断性的(可参阅最近《科学美国人》中《寻找X行星》一文)。然而,这次新的研究结果极大地提高了新行星存在的可能性。这些天体的近心点辐角的相似性“仅仅是冰山一角”,巴特金说。

他和布朗做的第一件事就是从全新的视角来分析特鲁希略和谢泼德的数据。“我们所注意到的是,” 巴特金说:“这些天体轨道的长轴都落在天空同一个象限中。”换句话说,它们都指向同一个方向。近心点辐角的相似性乍看上去没什么,两个天体的轨道就算没有其他物理上的关系也依然有可能拥有相似的近心点辐角。但是当布朗和巴特金绘制出这些外太阳系天体的轨道时,他们注意到它们的椭圆轨道靠的很近。“难道不是有什么东西被忽略了吗?”布朗问道:“是的,你会想到这个问题。情况就是我们把自己的鼻子都伸进数据堆里,却没有后退一步低头看看我们的太阳系。我简直不能相信之前我居然从未注意到这个问题,”他说:“这太荒谬了。”

这些天体轨道的方向一致性是一个更强的暗示,表明远处有个东西在驾驭着它们的行动。“起初,”布朗说道:“我们说‘那里不会有一颗行星的——那太疯狂了。’”所以他们检验了最有可能的假设——冥王星外的由冰体组成的柯伊伯带中自然地形成了这些天体,就像星系通过自身引力把由大爆炸产生的宇宙气体尘埃云凝聚成现在的模样。

然而作者们意识到这一场景的问题在于柯伊伯带缺乏足够的质量,所以这一切不会发生。当他们转向另一颗行星这一“疯狂”概念时,他们模拟出的计算结果正是现在这样排列的轨道方向。不仅如此,他们还发现:一颗巨行星的引力干扰可以导致一组彼此独立的天体的轨道不是互相靠拢而是严重偏离这些行星最初的运行轨道——甚至可以和太阳系平面形成90度乃至更高的角度。“这看起来实在难以理解,” 巴特金说道:“然后迈克尔说,‘我想我应该在数据中看到过这样的东西。’”确实,天文观测中发现过6、7个有这样轨道的天体,没有人能够解释为什么会这样。现在巴特金和布朗的模拟计算提供了一个解释。“对于这颗假设的行星,他们现在给出了两条新的、独立的证据链,”劳克林说道:“这使他们的研究结论更站得住脚了。”

假设中的行星九能够解释冥王星外的两组不同天体的特殊的轨道。

假设中的行星九能够解释冥王星外的两组不同天体的特殊的轨道。

 

超级地球

最能符合数据的行星质量10倍于地球————同时比太阳系里的第四大行星,质量是地球17倍的海王星要小。这种行星就是所谓的“超级地球”,在别的恒星系统中已经发现很多这类行星,但到目前为止,在我们太阳系里还没有发现这类行星。它最可能的轨道是狭长的椭圆轨道,近日点距太阳350亿公里(布朗说“那就是它搞破坏的地方”),最远距离是这个距离的3到6倍。

即便在如此遥远的距离,我们还是能够用现有的望远镜看到这颗行星九——用日本设在夏威夷的昴星团望远镜最容易发现,因为这台望远镜不仅拥有捕捉暗淡光线的巨大镜面,而且其视场极宽,能够让研究人员高效搜索广阔的天空。“不幸的是,我们并不拥有昴星团望远镜。”布朗说:“也就是说,我们不大可能会是发现它的人了。所以我们告诉每个人哪里可以找到它。”

除非确实看到它,否则天文学家不能明确地说行星九真实存在。“我对于太阳系还有一颗行星的说法一向是比较怀疑的。” 美国航宇局西南研究所的哈尔·利维森(Hal Levison)说:“在我的职业生涯中已经见过太多次类似的宣称,而它们都是错的。”不过他也承认轨道的一致性是真的。“是有什么东西造成了这一切,但到底是什么东西还需要更多的研究。”

然而总的来说,行星学家们非常激动,因为我们或许正处于此类重大发现的边缘了。“在我长大成人的时候,”谢泼德说道:“我们认为大行星已经全部发现了。如果我们错了,这会让人非常兴奋和吃惊。”

劳克林说,1846年9月10日英国天文学家约翰·赫歇尔(John Herschel)向英国科学促进会作报告时说了一句话,这句话完美的体现了天文学界现在的心情。天王星轨道已知的异常意味着有一个未知的大质量行星的引力对其产生影响。在谈到这一神秘天体时,赫歇尔说道:“我们看到它就像哥伦布在西班牙海岸就看到了美洲那样。我们能够感知到它的运动就在我们深远的分析范围之内,这并不亚于用眼睛直接看到它。”仅仅两周后海王星就被发现了,就在理论家计算后所说的它应该在的地方。

 

作者:Michael D. Lemonick

翻译:无穷的探索

来源:科学美国人 (本文插图均来自原文)

您还未添加分享代码,请到主题选项中,添加百度分享代码!

您可以选择一种方式赞助本站

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen:

图片 表情