在玛雅文明的传说中提到了一个行星X,周期为3600年。(网路图片)

美国天文学家近日取得了一个惊人的发现,在海王星轨道之外数十亿公里的轨道上发现了一个巨大的天体,这颗星球绕太阳运行一圈竟然要1万多年。在玛雅文明的传说中提到了一个行星X,周期为3600年。行星X被认为是一颗太阳系的边缘星球,3600年的轨道周期意味著其公转半径很大,天文学家的发现与这个线索非常接近,由于目前还不确定这颗神秘的星球轨道半径到底多少,给出的公转周期还不确定。

「第九行星」

据《华盛顿邮报》1月20日报导,加州理工学院的天文学家迈克尔布朗(Michael Brown)和康斯坦丁巴特金(Kongstantin Batygin)宣布,新证据表明在太阳系边缘可能存在一颗巨型冰态行星,位于冥王星轨道之外。他们将这颗行星称为「第九行星」(Planet9)。该行星的质量是地球的5至10倍。但发表论文的两名天文学家尚未直接观察过这颗行星。

这两名天文学家通过最近在外太阳系发现的矮行星和其他小天体的运动轨迹,推导出「第九行星」的存在。这些小天体的轨道似乎受到一颗不可见行星的影响。两人推测,这颗行星可能是在远古时代被木星或土星的重力抛向太空深处。

至少两个大陆上的望远镜正在搜索这颗行星,其到太阳的距离是第8颗行星海王星的20倍。如果「第九行星」真的存在,其体积必然硕大——直径约为地球的2至4倍,在太阳系中排名第5,次于木星、土星、天王星和海王星。但由于距离太阳过于遥远,该行星几乎不反射阳光,因此即使是最强大的望远镜也很难发现它。

教科书要重新写了?

这颗行星的确认将重构太阳系的结构。1930年发现的冥王星当了75年的「第九行星」,但却在10年前遭到降级,而冥王星的降级很大程度上要归因于迈克尔布朗。

正是布朗对外太阳系的观测发现了众多小天体,其大小接近冥王星。这些小天体的发现促使国际天文学会(International Astronomical Union,IAU)重新思考行星的定义。最后,IAU通过投票将冥王星划分为「矮行星」。但「新视野」号去年夏天飞临冥王星时,却发现冥王星拥有大气、气候和多变而动态的地表,使IAU的降级决定不断受到质疑。

布朗通过推特表示,现在要重新写教科书了。

「对于冥王星被降级,我的女儿一直耿耿于怀,虽然她当年刚刚出世。」布朗说,「几年前,她表示,如果我能找到一颗新的行星,她就原谅我。所以,我这一次是为了她而寻找新的行星。」

美国宇航局(NASA)行星科学主任吉姆格林(Jim Green)表示,外太阳系小天体的运动轨迹可能有其他解释。他引述了卡尔萨根的(Carl Sagan)的名言:「惊人的发现需要惊人的证据。」

「这里适用萨根定律。如果这颗行星存在,就把它找出来。」格林说。

格林表示:「在这个时代,我们对太阳系的了解不断深入,不断发现新的事实,这是曾经无法想像的。」

原想证明「第九行星」不存在

布朗和巴特金的本意是想证明「第九行星」并不存在。他们的论文以另外两名天文学家的发现为基础。这另外两名天文学家发现,太阳系边缘的小型冰态天体在过去10年中呈现一种集聚态势。

2014年,华盛顿卡内基科学院(Carnegie Institution of Science)的斯科特谢帕德(Scott Sheppard)和夏威夷「双子星」天文观测站(Gemini Observatory)的查德特鲁吉罗(Chad Trujillo)在《自然》期刊上发表文章称,这些冰矮星的运动轨迹表明,可能存在一颗巨型行星。在这些冰矮星距离太阳最近的时候,谢帕德和特鲁吉罗注意到其运动轨迹具有相似性。

「我们当初认为他们的想法很荒唐。」布朗解释道,每当天文学家发现无法解释的运动轨迹时,就会揣测存在未知的行星。于是,他和巴特金开始试图推翻「第九行星」的假设。他们利用数学公式和计算机模型,却最终证明另一颗巨型行星的重力作用是造成这些小天体集聚的最优解释。

这种集聚态势与一些小行星的集聚相似,这些小行星到太阳的距离与地球相彷。这些小行星形成稳定的轨道,与地球保持距离,从而不受到地球重力的过大影响。

「在那之前,我们自己也不相信这样的结果。在我们看来,这完全不合理。」布朗说。但他们的模型表明,一颗质量是地球10倍的行星对小天体的轨道产生影响,使其尽量远离太阳。此外,这种重力影响还导致小行星的轨道逐渐产生90度扭曲,是小行星的轨道定期垂直于太阳系平面。

「我隐约感觉到,曾经有人可能已经对这些天体建立过模型,但却未能得出结论。」布朗说,「这些天体显然存在。它们的位置与我们的理论推测完全一致。」

谢帕德表示,未知行星是否存在仍是一个未知数,「在没有亲眼看到之前,其存在总是存疑的。」他提出,最新的计算只是以一小群已知天体为基础,这一假设还需要对扰动天体的进一步观测才能证实。

不过,谢帕德仍然肯定了此次发现。「有些人会把这当回事,但很多人不以为然。」他在自己的研究发现中说,「有了这一新发现,人们会更加重视这方面的研究。」

布朗认为「第九行星」存在的机率为90%。

「第九行星」轨道示意图。(网路图片)

发现只是时间问题

法国行星学家亚历桑德罗摩比德利(Alessandro Morbidelli)表示,此次的证据确实更为有力。

「我立即感觉到,这篇论文为太阳系中存在新行星的论断提供了有力的证据。对于巴特金和布朗观测到的现象,我想像不出还能有别的解释。」摩比德利表示,「我们会发现这颗行星的。只是时间问题而已。」

在过去20年中,天文学家不断深入研究遥远恒星发出的光,寻找行星的迹象,并取得了一系列发现。通过对跨越星际的星光进行分析,天文学家已发现了1000多颗行星。而布朗和巴特金却在太阳系搜寻围绕太阳运转、但仍未被发现的天体。

存在一颗比地球大的未知行星这种想法很诱人,但目前还很难进一步证实这方面的假设条件。布朗认为,这有可能是一颗冰态固体行星,包裹著一定量的气体——有可能曾经是一颗巨型气态行星的内核,被抛入了一个椭圆形的轨道。它可能1万年也未必能接近太阳一次,将继续远远地游离于已知的行星。

这种情况与19世纪的发现很类似:当时人们正在对第七颗行星天王星进行细致观察,却意外发现远处可能存在另一颗行星影响著天王星的轨道,并最终发现了海王星。

如果第9颗行星不在最靠近太阳的位置,就很难观测到。布朗认为,这颗行星还未运转到离太阳最近的位置,不然应该已经观测到。不过他相信,如果将世界上最强大的望远镜对准合适的方向,即使在第九颗行星距离太阳最远时,也有机会观测到。

「我们搜寻它已经有一阵子了,但天空还是很大。」布朗说,「我们知道它的轨迹,只是不知道它在轨迹上的何处。」

他和巴特金希望新的发现能为搜寻工作输入新的动力。「如果其他天文学家对搜寻‘第九行星’感兴趣,我们有望在几年内就能看到它。」他说。

他们知道,他们的工作有可能会为别人做嫁衣。只有在直接观测到「第九行星」时才能作数,而之前的铺垫工作只是理论。布朗、巴特金和其他科学家为「第九行星」的搜寻工作起了头,提供了路线和线索——但是,有可能别人会在他们之前先发现「第九行星」。

如果能发现「第九行星」,那么就要以判令冥王星降级的同样标准来衡量它。对此,布朗并不担心。

「这丝毫不成问题,这肯定是一颗行星。」他说。根据IAU设定的标准,行星的轨道周边必须「没有其他天体」,必须有足够的重力能影响其它天体的轨道。

「第九行星」正在迫使穿过其轨道的其他天体产生位移,这一点完全符合标准。」布朗表示,「更何况,它的质量是冥王星的5000倍。」

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