美天文学家推测:太阳系第九大行星回来了

【正见新闻网2016年01月21日】

2005年,加州理工学院天文学家迈克.布朗(Mike Brown)发现了太阳系第十颗行星,被称为阋神星(Eris)。阋神星的发现导致冥王星被降级为矮行星,九大行星少了一颗,现在布朗又为太阳系找回了第九颗行星。

1月20日布朗和同事巴特金(Konstantin Batygin)在《天文期刊》上发表了研究结果。天文学家并没有直接用望远镜观察到这颗行星,而是通过对其它天体的轨道研究认为,太阳系外缘存在一颗巨大的引力天体,他们称这是第九行星(Planet Nine),它比海王星要远上20倍。

天文学家认为,Planet Nine比地球大十倍,约为海王星一半。它沿椭率远高于其他行星的偏心轨道运转,距离太阳最近处约250天文单位,最远处甚至在600到1200个天文单位之间。(一个天文单位是太阳到地球的距离,即9300万英里,木星距离太阳约5个天文单位,冥王星距离太阳40个天文单位)。“它是一个冰巨人,一个孤独的流浪者和太阳系外缘的引力霸主。”

布朗承认,天文学历史上充满了预测与失望。正确预测过海王星的法国数学家奥本.勒维耶,还预测太阳和水星之间有行星轨道的存在,但是它并不存在。

美国加州大学天文学家劳克林(Greg Laughlin)评论布朗的预测说,“这是一个非常坚实的动力学分析。”法国天文学家莫比德里(Alessandro Morbidelli)说,“这篇论文首次给出了额外行星存在的确凿证据。”

近几十年来科学家对太阳系的认识不断扩大。1992年,天文学家首次观测到柯伊伯带(Kuiper Belt)一千多个冰冷天体在距离太阳约30到50天文单位的轨道上围绕太阳运转。同年,天体物理学家开始计划冥王星任务(冥王星本身也是柯伊伯带天体)。去年七月新视野号( New Horizons)抵达冥王星。在此期间,布朗和同事发现了柯伊伯带外的小型天体Sedna(赛德娜),距离太阳最近处为76天文单位,最远超过900天文单位。布朗说:“它是不太适合任何现有类别的第一个天体。”

(研究人员认为,第九行星的引力导致部分柯伊伯带天体以垂直于第九行星轨道的奇特高椭率轨道运行。见上图底部绿色轨道。五颗柯伊伯带天体精确符合这种推测。)

赛德娜通常被称为极端的柯伊伯带天体,尽管布朗也把它列入太阳系最边缘奥尔特云系统中。此后又发现了类似的其他几个天体,如2012 VP 113。太阳系内行星轨道的排列令人惊叹。海王星(Neptune)和它的轨道内所有行星围绕太阳局限在一个小圈里,塞德娜和其它极端柯伊伯带天体则以其为端点画出一个超大椭圆。塞德娜及其邻近天体的轨道以奇怪的角度倾斜并交叉。

科学家认为,这些天体的相似轨道提示“在这些类似的轨道结构上有一个未知的大规模的干扰性天体。”它们有足够的质量和引力影响在太阳系中的其他天体。

布朗和巴特金研究塞德娜及2012 VP 113和其它天体的轨道排列时,也开始认为,一个更大的安排力量在起作用。布朗说:“有一个巨大的行星,影响这些天体的轨道,迫使这些天体进入一个特殊的位置。”

起初,两人设想有颗行星,其轨道环绕赛德娜和对齐的天体,就像一个牧羊人约束他的羊群。但计算机模拟明确表示,这种轨道不能解释观察到的数据。巴特金说:“我们几乎放弃了。”他们重新推算:一颗巨大的偏心轨道行星穿越赛德娜等天体轨道,但轨道在相反的方向。这样的天体排列,似乎太奇特。“我没以为我们做出一种预测,五分钟内就得到证实”,布朗说,“它可能是真实的,我确实认为有一个遥远的离心干扰体,即第九行星,在那里。”

布朗和巴特金怀疑第九行星是太阳系最早期的遗迹。超过四十亿年前,我们的太阳只是潜伏在星际幼儿园即尘埃和气体星云中的很多恒星之一。最终,恒星散开,当首批行星如木星、土星、天王星和海王星形成时,这个星云的残留物依然存在。起初,这些行星只是冰和岩石为核心,有地球质量的十倍,但木星和土星迅速成长为气态巨行星。第九行星可能太接近其他的行星,被它们的重力推到太阳系的遥远外围。劳克林说,“如果它在那里,几乎可以肯定它是木星、土星、天王星、海王星四人组的第五位成员。”

第九行星这样的冰巨星在整个银河系很普遍,缺少这样的天体,我们的太阳系也显得反常。 布朗和巴特金的发现改变了这一点。布朗说: “宇宙中最常见类型的行星,是我们根本不为所知的天体,因为太阳系没有。然而,它确实存在,我们只是不知道它。”劳克林说,“如果它真的在那里,这是一个巨大的问题。这个世界从根本上不同于任何我们密切观测过的天体,但它却是代表性的星系产物。”

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