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太阳系混的最惨行星:被冥王星“上位”,至今未归队

天文学家猜测太阳遥远边缘区域隐藏着一颗巨大的行星——“太阳系第九行星”,在近期召开的科学研讨会议上,专家们集思广益,试图用各种方法揭晓这颗神秘星球的存在。

多数天文学家仍然相信,一个千载难逢的发现时机将会出现,它将改写小学教课书内容。日本东京大学天文学家Surhud More说:“每次我们太空勘测时,都有可能拍到太阳系第九行星。”

“第九行星”——被认为潜伏在海王星轨道之外的假设天体,目前科学家继续搜集该星球存在的间接证据,但是迄今没有任何望远镜观测到它的存在。美国加州理工学院天文学家迈克尔·布朗(Michael Brown)是第九行星假说的支持者,他表示,自己对未来某人发现第九行星持“永远乐观态度”,但是我们有理由相信,如果存在第九行星,那么现有的天文台可能根本观测不到。在近期加州理工学院召开的一次研讨会上,20多位物理学家聚集在一起共同分享最新新闻信息,并讨论更有创意的搜索方式。

首次发现第九行星的证据可追溯至2014年,当时发现一颗小行星,进一步观察显示多颗冰冻星球在柯伊伯带外侧运行,它们很可能遵循环绕太阳的同一轨道。卡内基科学研究所天文学家斯科特·谢泼德(Scott Sheppard)说:“如果有某颗天体处于同一轨道,它环绕太阳运行,势必会引力吸引其它小型天体环绕太阳运行。”

两年之后,布朗和他的同事进行了一项特殊预测,他们将这颗行星称为“perturber”,分析它的质量应当是地球的5-20倍,处于一个椭圆状轨道运行,它与太阳的距离是地日距离的数百或者一千倍。

在第九行星的轨道位置,空间变暗的速度快得惊人。行星距离增至两倍,其昏暗度将增大至16倍,照射阳光强度减弱了4倍,行星的光线返回至观测角度,强度再次减弱4倍。第九行星与太阳之间的距离是600个天文单位(1个天文单位是指地球和太阳之间的距离),其亮度比海王星(距离太阳30个天文单位)昏暗160000倍,如果第九行星距离太阳1000个天文单位,那么它比海王星昏暗100万倍。美国宾夕法尼亚州大学天文学家凯文·卢曼(Kevin Luhman)说:“如果第九行星距离太阳1000个天文单位,就像间隔一面墙壁,科学家将很难观测到它的存在。”

这就是为什么从地球角度观测第九行星非常困难的原因,布朗和谢泼德带领研究小组通过夏威夷岛斯巴鲁望远镜观测第九行星。斯巴鲁望远镜具有广域观测视角,帮助研究人员观测一个潜在搜索区域,在过去的两年时间里,每支研究小组每年花费大约一周时间进行观测,在极佳天气状况下,理论上可以观测到令科学家颇感兴趣的太空区域,但是多风和多云夜晚,将破坏观测结果的精确性。

即使天文学家很快覆盖搜索区域,从宇宙广袤空间角度来讲,糟糕的运气会使天文学家很难发现第九行星。或许它迷失在银河系的光污染之中,或者隐藏在一颗明亮的恒星强光之中。布朗说:“当我想到这种可能性时,我晚上就睡不着觉,更糟糕的是,它可能属于轨道的一部分,在距离1000个天文单位的‘墙壁’之外,期待它抵达近地点位置可能需要数千年时间。”

因此,科学家需要备份探测计划,一种方法是寻找该行星应当直接释放的热量,卢曼通过对比分析2014年的红外数据,基本上排除了任何比气态巨行星更大、温度更高行星存在的可能性。但是物理学家预测称,体积更小、温度更低的第九行星将在光谱毫米部分发光。第九行星周围的恒星光线很暗,所有布朗的噩梦发生可能性非常小。最重要的是,这种光线与反射光不同,只有在单程太空旅行中才能出现。

美国伊利诺斯大学宇宙学家吉尔伯特·霍尔德(Gilbert Holder)指出,目前在南极洲和智利使用的毫米望远镜如果在搜索区域中进行扫描,可用于探测神秘的第九行星。然而,这些勘测设备正在忙于绘制宇宙微波背景辐射(CMB),因此它们并不一定在正确的时间指向正确的方向。霍尔德正在等待下一代宇宙微波背景辐射实验,他初步计算估计这个实验将在1000个天文单位内发现一颗和地球大小接近的行星。他说:“一旦该区域被打开,第九行星将无处可藏。”

然而,发现第九行星的那一美好时刻仍是未来十年之后的事情,耐心较少的人们怀疑,第九行星的迹象是否可能隐藏在今天的数据资料之中。除了用毫米光线发光之外,这颗预测行星还会轻微改变轨道路径。例如:它的引力作用将对邻近气态巨行星运行轨道产生影响,即使在50亿公里长的轨道上也可能产生几十米的轨道偏离。

在跟踪分析“卡西尼”探测器穿过土星系统10年之后,基于大量的勘测数据,一些研究人员认为,土星轨道与他们的模型预测有所不同。哈佛史密森天体物理学中心天体物理学家马修·霍尔曼(Matthew Holman)说:“土星轨道似乎在向人们揭晓第九行星存在的秘密,如果你将一颗行星放在太阳系外侧位置,它的存在将很好地解释土星轨道运行。”据了解,他将土星轨道模型与卡西尼观测数据进行了对比分析,发现了一些重要线索。

但是美国宇航局喷气推进实验室的研究人员不同意该观点,该实验室运行着太阳系精密调谐模型,每当卡西尼探测器点燃推进器或者进行另一次行星飞越时,探测器的速度和位置的记录都充满了不确定性。每个模型处理这些误差源的方式都不尽相同,喷气推进实验室的算法表明,有足够的环境杂音掩盖任何所谓的第九行星信号。

既然“卡西尼”任务已经结束,最终的答案可能还得等待更精准的传感器,另一个研讨会讲解了利用一种类似于智能手机加速感应器网络,如何绘制整个太阳系的引力图。美国喷气推进实验室物理学家Makan Mohageg认为,一组原子冷却到它们像波浪一样的运动程度,就能起到一定作用。两个波状物质包之间干扰对于运动极为敏感,Makan Mohageg表示,基于这项技术,可在轨道中放置3-4个传感器,能够探测到未知的引力干扰源。据悉,今年5月,Makan Mohageg和同事将一个测试设备发送至国际空间站。

即使神秘的第九行星不存在,对其展开搜索活动也会获得其它意外发现。谢泼德将很快发现木星的小型卫星(在某些情况下,是重新发现)。他在与布朗合作的斯巴鲁望远镜勘测任务中,通过定位闪烁的恒星,绘制了银河系周围的暗物质光晕。

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