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几乎不可能的存在!冥王星之外寻找太阳系的第九颗行星

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艺术家构想的遥远行星x。图片:Roberto Molar Candanosa和Scott Sheppard/由卡内基科学研究所提供科学家们认为一颗比地球还大的行星潜伏在太阳系的偏远地带。现在,一架新的望远镜可以证实他们的信念并改变太阳系科学数码爱好者讯英国《卫报》刊文称,科学家们正在致力于证实太阳系的第九大行星存在与否,一旦这个事件被证实,那么它将改变科学家对于太阳系形成的传统认知。华盛顿卡内基科学研究所的天文学家斯科特·谢泼德和北亚利桑那大学的查德·特鲁希略在2014年曾合著文章,表达了他们对这颗看不见的行星的怀疑。如今,相关证据越来越多。谢泼德谈起对新世界(他称之为行星X[尽管许多天文学家称之为行星9])真的存在有多确信时称,它存在的可能性大于不存在的可能性。他说:“行星的发现不是一个突然发现的时刻,证据是慢慢积累起来的。”即将开始的调查鲁宾天文台计划在2022年开始对天空进行全面的调查,它可以直接找到这颗行星,或者提供它存在的确凿的间接证据。这颗行星的发现将是一场胜利,但对于现存的太阳系是如何形成的理论来说,也是一场灾难。“它将改变我们对行星形成的所有认识,”谢泼德称。没有人知道这么大的行星是如何在离太阳这么远的地方形成的。遥远的太阳系黑暗而神秘,它包含了从海王星轨道开始的巨大空间,距离太阳大约是地球的30倍(30个天文单位)延伸到大约10万天文单位。这几乎是太阳到最近恒星距离的三分之一。太阳系的第九大行星:冥王星的崛起和除名1930年,美国天文学家克莱德·汤博发现了冥王星。尽管冥王星的直径只有月球直径的三分之二,但它最初被归类为行星。然而,到本世纪末,望远镜变得更大,天文学家开始在海王星之外发现更多的"小世界"。直到2005年加州理工学院的迈克·布朗发现了厄里斯。新发现的星体都比冥王星要小,但是厄里斯和冥王星一样大,而且可能更大,所以,如果冥王星是一颗行星,厄里斯也是。美国宇航局匆忙组织了一次新闻发布会,宣布发现了10号行星。大约一年后,国际天文学联合会裁定冥王星和厄里斯太小了,不能称之为行星,并改名为矮行星。于是太阳系的行星又回到了8个:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。真正的第九大行星2012年的一个晚上,当谢泼德和特鲁希略在智利使用塞罗-托洛洛美洲天文台的望远镜时,通往9号行星的道路开始了。他们发现越来越多的遥远的物体,但其中一个特别突出。分类号为2012 VP113,他们以当时美国副总统的名字给它起了个绰号叫拜登。拜登星(副总统星)直径约为450千米,大概是地球的三十分之一那么大。它的表面是漂亮的粉红色,既说明它的表面覆盖有冰和甲烷,也暗示它并不位于矮行星聚居的柯伊伯带,因为柯伊伯带的天体多为暗红色。据计算证实,拜登的公转轨道确实不在柯伊伯带内,它的近日点距离太阳约80天文单位,远日点距离太阳约440天文单位。但在这么远的地方应该是“无星区”,怎么会冒出这么一颗星来?巧合的是,它的轨道似乎与塞德纳星非常相似。赛德纳呈红色,可能由冰和岩石组成,比冥王星略小。它是发现冥王星74年以来在太阳系发现的最大天体,也是第一颗在无星区发现的天体。它是2003年由耶鲁大学的布朗、特鲁希略和大卫拉比诺维茨发现的。它的椭圆轨道,从76天文单位摆动到937天文单位。“像赛德纳和拜登星这样的天体不能在这些偏心轨道上形成,”谢泼德说。相反,计算机模拟表明,它们形成得更近,然后在与较大行星的引力作用下被逐出。然而,真正奇怪的是,这两个细长的轨道指向大致相同的方向。谢泼德和特鲁希略对他们捕获的其他物体检视得越多,就越能发现这些轨道也是对齐的。好像有什么东西把这些小小的世界围在一起,因此,更大的星球假设就成为了唯一可做的想象。这幅图展示了太阳系中一些更遥远的天体。图片:卡内基科学研究所插图他们做了一些计算,发现结果所暗示的这颗行星一定比地球大2到15倍,其轨道距离太阳的平均距离在250天文单位到1500天文单位之间。2014年3月,他们的研究结果发表在《自然》杂志上,人们对行星9的兴趣开始席卷天文学世界。2015年,谢泼德和特鲁希略等科学家发现了TG387,他们给这个家伙起了个绰号叫妖精。它是仅次于塞德纳和拜登的第三个最极端的天体,而且它也排列在一起,进一步削弱了这种排列是随机巧合的观点。2016年,布朗和他的合作者康斯坦丁·巴蒂金也来自加州理工学院,发表了他们自己的数据分析。他们同意谢泼德和特鲁希略对这颗行星的大小和距离的看法,甚至提出了可能发现这颗行星的天空区域。质疑与讨论宾夕法尼亚大学的博士候选人佩德罗H伯纳迪内利意识到,谢泼德的数据并不是唯一可以寻找遥远世界的地方。因此,他求助于一项宇宙学调查的一些初始数据,该调查旨在通过观察遥远的星系来测量宇宙膨胀的方式。他寻找遥远的太阳系中恰好挡住相机视线的天体。他发现了七个。乍一看,这些小天体似乎也如预期的一样被对齐,但伯纳迪内利对数据的分析越严格,越觉得这种排列弱。他直言,我们认为我们在数据中看不到第九大行星的信号。伯纳迪内利说,他承认他还不能确定排除这颗行星,因为还没有对整个调查数据进行分析。持续的观察仍在进行近期,谢泼德经常出现在夏威夷的莫纳克亚,他使用日本的斯巴鲁望远镜,耐心地搜索天空,寻找更多关于第九大行星的证据,甚至希望能看到行星本身。这项任务的规模是巨大的,这就像大海捞针。这颗行星即使在那里,也非常微弱,但是"苍穹浩瀚"。然而,任务将取得突破性进展。鲁宾天文台将为这项任务提供帮助。虽然大多数望远镜需要数月或数年的时间来观测整个天空,但鲁宾只需三个晚上就能完成。然后一次又一次地做,看看有什么变化,然后抓住移动的物体。工程即将完工,望远镜将于今年晚些时候首次打开它的巨眼。美国国家航空航天局(NASA)的“新视野”号飞船在柯伊伯带遇到一个物体的插图柯伊伯带的复杂结构和精确的起源仍不清楚。它被认为包含许多微星,它们是来自环绕着太阳的原行星盘碎片,它们因为未能成功地结合成行星,因而形成较小的天体,最大的直径都小于3000公里。近代的计算机模拟显示柯伊伯带受到木星和海王星极大的影响,同时也认为即使是天王星或海王星都不是在土星之外的原处形成的,因为只有少许的物质存在于这些地区,因此如此大的天体不太可能在该处形成。谢泼德说:“这项调查将改变我们所知道的太阳系科学。”如果9号行星不在那儿,鲁宾应该会看到它。皇后大学贝尔法斯特分校的梅格·施瓦布说:“我们可以在1000天文单位附近检测到一个类似地球质量的行星”,鲁宾天文台的太阳系科学合作主席之一。施瓦布说:“我想,如果其他人在我们的调查开始之前还没有看过9号行星,那么所有的目光都将落在鲁宾天文台上。” 即使望远镜无法直接看到行星,它也会探测到更多遥远的小世界,这些小世界都可以用来更精确地对行星的位置进行三角剖分,从而有助于缩小搜索范围。对于天文学的影响如果9号行星真的存在,那么后果将是巨大的。天文学家认为太阳系是在围绕太阳的物质盘中形成的。该物质凝结成较小的物体,然后碰撞形成较大的物体。在此过程结束时,行星诞生了。但是,该盘中的物质离太阳越远就越稀薄,这意味着没有足够的原材料在太阳系非常偏远的地方形成一个大行星。为了拯救标准理论,一些人认为行星9曾经注定要成为一颗像木星或土星那样的气态巨星,因此是在它们旁边形成的。然而,重力的作用阻碍了它的生长,把它扔进了黑暗中。但达勒姆大学的雅库布·斯科茨对此持怀疑态度。他称,一个单一的引力相互作用不能完成这项工作,相反,需要一系列的相互作用,才能将它置于一个永远无法将其带回其形成位置的轨道上。斯科茨有一个更奇特的想法。他与芝加哥伊利诺伊大学的合作者詹姆斯安温一起提出,包围这些遥远世界的物体不是一颗消失已久的行星,而是一个黑洞。 如果是这样的话,连鲁宾都看不到,因为黑洞根本不发光——它们只是吞下光和其他任何碰巧穿过它们路径的东西。这是一个诱人的可能性,因为斯科茨的黑洞将必须是在宇宙形成后不久就形成的长期被怀疑但从未得到证明的黑洞的一部分。但就目前而言,大多数其他天文学家似乎更满足于这样的想法:在黑暗中有一颗巨大的行星,就等着在未来几年内进入我们的视野。如果9号行星真的存在,那么当谢泼德第一次通过望远镜看到它时,他将最终体验到尤里卡时刻。

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