为什么找不到第九大行星?
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-05-15
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天文学家怀疑在太阳系遥远边缘地区隐藏着一颗巨大行星,在最近的研讨会上,他们集思广益,想出各种办法来说服大家接受这一观点。东京大学天文学家苏鲁德说:许多天文学家都相信,新时代发现即将来临:一个可以让教科书水平变成小学水平的时代,每当我们拍摄照片时,都有可能拍摄到九号行星。九号行星是潜伏在海王星之外的假想天体,天文学家将继续为它的存在积累间接证据,目前还没有任何一架望远镜观测到它。
博科园-科学科普:天文学家迈克·布朗对九号行星假说持积极态度,相信很快就会有人发现它,但我们有理由相信,九号行星如果存在,目前的观测站还难以观测到它。第一个关于九号行星存在的证据于2014年浮出水面:一颗小行星揭示出柯伊伯带之外的几个微型冰世界正沿着可疑路径围绕太阳运行。卡内基科学研究所天文学家斯科特·谢泼德说:如果物体在同一轨道上运行,那么一定有什么东西在推动它们前进。
九号行星的位置、大小以及它是否存在仍是一大谜题。图片:Ryan Alexander
两年后,布朗和同事康斯坦丁·巴蒂金做了具体预测:所谓的“摄动器”质量应该在5到20个地球质量之间,并且沿着一个椭圆轨道运行,与太阳的距离是地球与太阳之间距离的数百倍甚至1000倍。在那里,空间变暗的速度快得惊人,距离地球两倍远的行星看起来比地球暗了16倍——随着距离变远太阳光的强,减弱了4倍,光线从行星反射回来时又减弱4倍。在600个天文单位(1个天文单位是地球和太阳之间的距离)轨道距离上,九号行星距海王星30个天文单位却暗了16万倍。
在1000天文单位,它看起来要弱100多万倍,宾夕法尼亚州立大学天文学家凯文·卢曼说:实际上在1000天文单位处就好像有一堵不透光的砖墙。这就是为什么从地球上发现九号行星如此艰难。布朗和谢泼德带领团队在夏威夷昴星望远镜的帮助下寻找九号行星。斯巴鲁拥有广阔视野,有助于团队搜索一个潜在大小为4000的满月区域。使用其他望远镜观测,就像在用吸管看事物。每队每年大约有一周观测时间,从理论上讲,在完美的天气条件下,一周时间足以搜寻团队感兴趣的大部分领域。
今年早些时候,天文学家宣布他们发现了一个新天体,足以支持九号行星假说。图片:Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine
但多风和多云的夜晚打乱了观测计划。即使天文学家们能很快覆盖搜索区域,但如果运气不佳,九号行星可能会被隐藏起来。比如迷失在银河光污染中,或隐藏在恒星强光下。当预想到这些可能性时,晚上就会失眠,更糟糕的是,它可能处于轨道的一部分或许还要跨越那道1000天文单位的墙,如果真是这样,它出现在我们的视野之中大约需要数千年的时间。因此需要备份检测计划,比如寻找物体发出的热辉光。卢曼在2014年对红外数据分析中,基本上排除了任何比气态巨星更大、更暖的行星存在。
但物理学家们预计,九号行星发出的光线可能位于光谱毫米部分。由于这里很暗,所以布朗最担心的事情发生概率很小。最重要的是,与反射光不同,直射只能为单向。伊利诺伊斯大学宇宙学家吉尔伯特·霍尔德说:如果九号卫星在天文学家搜寻范围内偏离轨道,南极和智利的毫米望远镜就能够探测到它。然而这些仪器正忙于绘制宇宙微波背景,因此它们不一定能在正确时间、正确方向进行观测。霍尔德正在等待宇宙微波背景辐射实验结束,他初步估算能在1000天文单位发现一颗和地球一样小的行星,一旦这个实验完成,九号行星就无处藏身。
然而这一刻在十年之后热度仍然不减,一些缺少耐心的研究者想知道九号行星的踪迹是否可能隐藏在数据集中。除了用毫米波发光外,九号行星还会以极微小速度偏离出已知行星轨迹。它应该是以引力来推动这些气体巨星,即使它在50亿公里长的轨道上只移动了12米。在卡西尼号宇宙飞船对土星系统轨迹进行了十多年的跟踪之后,一些研究人员认为,这一环形行星轨道与模型预测的不同。哈佛-史密森天体物理学中心的天体物理学家马修·霍尔曼说:这是一种模式。他将土星轨道模型与卡西尼号的数据相比较,发现了一些未知事物,如果这颗行星在太阳系外,那就更好了。
但NASA喷气推进实验室研究人员不同意这种观点,每当卡西尼号发射推进器或进行另一次行星飞越时,探测器的速度和位置就会出现不确定性。每个模型都以不同的方式处理这些误差源,JPL算法表明太空中有足够多的噪声可以掩盖九号行星的任何信号。现在,卡西尼号任务已经结束,最终的答案可能不得不等待更精确的感测器得出。在研讨会上的一个演讲者描述了用智能手机中的加速度计网络来绘制整个太阳系的重力图。
喷气推进实验室物理学家马坎·穆哈格认为,原子群冷却到可以像波浪一样运动就可以做到这一点。两个波状物质包之间的干扰对运动极为敏感。在轨道上放置3到4个基于这种技术的感测器,就可以精确定位未知重力扰动的具体位置。他的团队在五月份向国际空间站发射了一个测试设备。即使九号行星不在那里,继续搜寻也会有其他发现。谢泼德很快就会证实他发现了木星的小卫星(在某些情况下是重新发现)。莫尔与布朗合作进行斯巴鲁的研究,他们通过瞄准闪烁的恒星绘制了银河系周围的暗物质光环,谢泼德说:我们正在努力寻找任何在夜间发生碰撞的物体。
博科园-科学科普|文:Charlie Wood/Quanta magazine/Quanta Newsletter
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