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难以捉摸的“第九大行星”真的是太阳系外的一个巨大的碎片环吗?

关键词:太阳系 柯伊伯带 地球 海王星 天文 大学 冥王星 加州理工学院 数学   发布时间:2019-10-08 09:00:01
难以捉摸的“第九大行星”真的是太阳系外的一个巨大的碎片环吗?

艺术家对柯伊伯带内小物件的描绘。

海王星以外的天体奇怪的轨道排列让科学家们推测出所谓的第九大行星的存在。第九大行星是太阳系外围的一颗假想中的大行星。新的研究表明,一颗行星不需要达到异常轨道,一个巨大的碎片环是一个更合理的解释。对这一提议持批评态度的人士说,还需要更多的证据。

难以捉摸的行星九,有时被称为行星X,被认为是由于某些柯伊伯带天体,也被称为外海王星天体(TNOs)的特殊轨道而存在的。天文学家已经记录了大约30个异常的TNOs到日期——以夸大和倾斜的轨道和奇怪的聚类行为为特征的物体。为了解释这一现象,天文学家提出了一颗尚待发现的行星的存在。要想成功,第九大行星必须距离太阳约200个天文单位(AU),即186亿英里,质量是地球的10倍。根据这一理论,这颗假想行星的引力正在“引导”或逐渐将TNOs推入其观测轨道。

难以捉摸的“第九大行星”真的是太阳系外的一个巨大的碎片环吗?

艺术家对行星九的描绘。

本周发表在《天文学杂志》(the Astronomical Journal)上的一项新研究,为行星九假说提供了一个有趣的替代方案。而不是调用一个神秘星球来解释的某些柯伊伯带天体的轨道,这项新研究的作者Antranik Sefilian从剑桥大学和圣战Touma从贝鲁特美国大学,认为太阳系外部磁盘组成的岩石和冰能产生同样的效果作为一个大型外星球。

Sefilian和Touma没有为这个所谓的圆盘提供观测证据,仅仅因为它不存在。相反,作者提出了一个新的数学模型,证明了这种结构的理论可能性。重要的是,这个新模型并没有完全排除行星9的存在,或者至少是它的一个更小的版本,因为一个外行星和一个外碎片盘的引力联合作用同样可以产生观测到的TNO轨道。

塞菲利安在一份声明中说:“第九大行星的假设很吸引人,但如果第九大行星真的存在,迄今为止它还没有被发现。”“我们想知道是否有另一种不那么引人注目,也许更自然的原因导致了我们在一些TNOs上看到的不寻常轨道。”我们想,与其考虑第九颗行星,然后担心它的形成和不寻常的轨道,为什么不简单地解释构成海王星轨道外圆盘的小天体的引力,看看它对我们有什么作用?

Sefilian和Touma并不是第一个提出这一理论的人。2016年,加州大学伯克利分校的天文学家安妮-玛丽·马迪根(Anne-Marie Madigan)领导的一项研究表明,由覆盖着冰层的行星组成的外柯伊伯带圆盘——太阳系形成过程中遗留下来的碎片——可能是奇怪的TNO轨道的原因。这篇新论文的不同之处在于,它使用了一个数学模型来展示这个假想的圆盘,以及太阳系的八颗行星,是如何影响TNOs的轨道结构的。

在他们的新模型中,行星9被假设的圆盘所取代,其中的物体被假定分散在一个很大的区域。根据塞菲利安的说法,这些天体的共同引力可以“解释我们在一些TNOs中看到的偏心轨道”。

然而,如果这个外带的星子存在,它将颠覆传统的关于海王星以外天体数量和总质量的预测。根据研究作者的说法,目前的理论表明,地球的总质量大约是地球的十分之一,但要让这个理论成立,它的质量必须是地球的10倍左右。因此,这是一个很大的要求,需要进一步的证明。

“虽然我们没有直接观测到这个圆盘的证据,但我们也没有行星9的证据,这就是为什么我们在研究其他可能性。”然而,值得注意的是,对柯伊伯带类似物在其他恒星周围的观察,以及行星形成模型,揭示了大量的残骸残骸。“也有可能这两件事都是真的——可能有一个巨大的圆盘和第九颗行星。随着每一个新的TNO的发现,我们收集了更多的证据,可能有助于解释它们的行为。

马德里孔普卢腾斯大学的天文学家卡洛斯·德·拉·富恩特·马科斯说,要证明这个碎片盘的存在,就像证明第九颗行星的存在一样,并不像用望远镜搜索那么简单。

马科斯告诉Gizmodo:“这样的结构,如果是真的,似乎是目前的地面或太空望远镜无法达到的。”马科斯没有参与这项新研究。“用现有或计划中的望远镜很难证实或否定这一假设。他补充说:“这项研究中探索的场景听起来相当具有推测性,但事实上,我们对冥王星以外的太阳系知之甚少。”

我们还采访了加州理工学院的天文学家康斯坦丁·巴蒂金(Konstantin Batygin),他和同事迈克·布朗(Mike Brown)早在2016年就发表了关于第九颗行星存在的证据。巴蒂金说,这项新研究中的数学是“第一流的”,但他指出了天体物理学的一些缺陷。

首先,柯伊伯带被认为在距离太阳约48 AU(45亿英里)的地方结束,即所谓的“柯伊伯悬崖”,在此之上TNOs可以忽略不计。其次,Batygin指出,最近的研究表明,柯伊伯带的累积质量比地球的累积质量小50倍,远低于传统的十分之一地球的估计,当然也远低于10倍地球的估计。Batgyin说,这两个数据点合在一起,意味着Sefilian和Touma提出的大质量圆盘“必须从太阳的数百AU处开始”,这是基于观测和天体力学已知的数据,这是不可信的。

他告诉Gizmodo:“像太阳这样的恒星通常以星团的形式形成,这一点已经得到了证实,太阳系也不例外。””即cosmo-chemical参数以及奥尔特云的存在意味着在一群约10000颗恒星太阳居住大约1亿年后其结构与研究带给我们的第三个问题:设想磁盘会被中断的一致性在太阳系早期的一生,通过累积引力势的太阳birth-cluster以及随机扰动通过恒星。”

他还发现,很难相信新的研究表明,一个巨大的原行星盘可以存在于100天文单位以外。

“典型的原行星盘只伸展到大约30到50 AU,”他说,“为什么太阳的原行星盘会在30 AU左右结束,然后重新开始,超过100 AU?”最初设想的圆盘的相干性和偏心性是如何建立起来的?迄今为止,它的存在是如何躲过观测调查的?”

Batygin说,所有这些问题,以及其他问题,“仍然没有被研究解决。”他说,最终,这篇新论文“在天体物理学上无法解释遥远太阳系的异常结构”。

毫无疑问,这篇论文的主要缺点是缺乏天文学证据——但同样的观点也适用于支持行星九的论点。正如一些研究指出的那样,柯伊伯带很有可能不存在轨道异常,科学家是观测偏差的受害者。换句话说,需要更可靠的数据来表明外面发生了什么古怪的事情。在天文学家继续寻找第九大行星的同时,他们也应该在太阳系外围寻找意想不到的碎片带的迹象。

在科学上,追求多种探索途径没有错。

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