寻找第九颗行星:潜伏在太阳系最远端的是一个黑洞?

2020-07-06 11:12 来源:新浪科技

图中是艺术家描绘的行星X,它可能潜伏在太阳系远端,是太阳系神秘未知的第九行星。

这幅画展示了艺术家描绘的行星X。它可能潜伏在太阳系的远端,是太阳系中神秘而未知的第九颗行星。新浪科技新闻北京时间7月6日,据外国媒体报道,科学家认为,一颗比地球大的行星可能潜伏在太阳系边缘。目前,最新的望远镜将证实他们的信念,并改变太阳系的科学探索。

你可能会想,如果你发现了第一个证据,证明一颗比地球大的行星潜伏在太阳系的最远端,但之前从未发现过,这将是一个伟大的历史时刻,你将成为太空探索的领导者。

但是对于美国卡耐基科学研究所的天文学家斯科特谢泼德来说,这是一件安静得多的事情,不是一个突然发现的伟大时刻,证据在慢慢积累。

谢泼德是一位低调的科学家。自从他和北亚利桑那大学的查德特鲁希略在2014年首次发表了他们对这个看不见的星球的怀疑观点后,他们获得了越来越多的证据。但是当记者问这个神秘的第九颗行星是否真的存在时,他说:“我认为它存在的可能性大于它不存在的可能性。”

至于其他天文团队,他们中的大多数认为神秘的第九颗行星的发现将是一个重大的天文发现,但他们把希望寄托在新一代望远镜上,如鲁宾的大天空巡天望远镜,它是以天文学家威拉鲁宾的名字命名的,他在20世纪70年代发现了暗物质的第一个证据。

鲁宾天空观测望远镜将在2022年开始全天观测,否则它将提供第九颗行星存在的间接证据。这颗行星的发现将是一场胜利,但对于目前太阳系形成的理论来说,这可能意味着一场灾难。

谢泼德说:“这将改变我们对行星形成的所有看法。事实上,没有人知道如此巨大的行星是如何在远离太阳的地方形成的。”

遥远的太阳系是一个黑暗而神秘的区域,它包含了海王星轨道之外的巨大空间。海王星和太阳之间的距离大约是地球和太阳之间距离的30倍,相当于30个天文单位。该区域延伸至大约100,000天文单位。这几乎是太阳到最近恒星距离的三分之一。

1930年,美国天文学家克莱德汤博发现了冥王星。尽管冥王星只有月球直径的三分之二,但当时它被归类为太阳系行星阵列,这是天文学家探索太阳系远端的开始。

20世纪末,望远镜技术变得更加强大,天文学家发现了更多海王星轨道之外的小行星,甚至比冥王星还要小。直到2005年,加州理工学院的迈克尔布朗发现了这颗彗星,它至少和冥王星一样大,甚至更大。因此,如果冥王星是一颗行星,尤金妮亚也是。当时,美国国家航空航天局匆忙召开新闻发布会,宣布发现太阳系第十颗行星。

大约一年后,国际天文联合会宣布冥王星和欧也妮亚太小,不能归类为行星阵列,所以它们应该被定义为矮行星。因此,太阳系的行星有八个成员:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。从那以后,天文学家开始在太阳系的遥远区域寻找潜在的神秘行星成员。

冥王星是1930年发现的,2006年,它降级为一颗矮行星,退出了太阳系行星阵列。

冥王星是在1930年发现的。2006年,它被降级为矮行星,并从太阳系的行星中退出。2012年的一个晚上,谢泼德和特鲁希略利用对智利有益的塞拉托罗美国天文台发现了一个遥远的天体,并将其命名为2012 VP113。令他们惊讶的是,这个遥远的天体在其近日点有80个天文单位,在其远日点有440个天文单位,这意味着它将遵循一个高度椭圆的轨道,但这并不是最值得注意的事情。

由于某种奇怪的巧合,它的轨道似乎与另一个遥远的天体塞德纳相似,后者是由耶鲁大学的科学家在2003年发现的。其高度椭圆形轨道的近日点为76个天文单位,近日点为937个天文单位,这立即引起了科学家的注意。

谢泼德说:“像2012年的塞德娜和VP 113这样的天体不能在离轨状态下形成。相反,计算机模拟显示,它们离太阳越近,在更大行星的引力作用下,它们被驱逐的越多。然而,真正奇怪的是,这两条细长的轨迹指向大致相同的方向。”

谢泼德和特鲁希略探索其他天体越多,他们就越能发现这些天体的轨道排列整齐。似乎一个巨大的天体将这些小行星聚集在一起,就像一只牧羊狗赶着羊群一样,他们认为的唯一解释是在太阳系的远端有一个更大的行星。

在好奇心的驱使下,他们进行了一些计算,发现这颗神秘的行星的大小是地球的2-15倍,其平均轨道距离为250-1500天文单位。2014年3月,他们的研究成果发表在《自然》杂志上,人们探索第九颗行星的兴趣开始席卷整个天文领域。

2015年,谢泼德和特鲁希略有了新发现。他们和其他科学家一起发现了2015年的TG387,这是除了塞得那和2012年的VP113之外第三远的天体。此外,它们可以排列在一起,这进一步削弱了天体排列是随机巧合的观点。

2016年,布朗和他的同事康斯坦丁巴蒂金发表了他们的数据分析。他们认可了谢泼德和特鲁希略对神秘的第九颗行星的大小和距离的看法,甚至提出了可能发现该行星的天空区域。

但不是每个人都相信这一点。宾夕法尼亚大学的博士生佩德罗伯纳德林意识到,谢泼德的数据并不是科学家找到遥远的第九颗行星的唯一途径。所以他转向了一些来自宇宙学调查的原始数据,这些数据旨在通过观察遥远的星系来测量宇宙膨胀的方式。他搜索天体数据,在太阳系中找到遥远的天体,只是挡住了照相机。他用这种方法发现了七颗神秘的行星。

乍一看,这些小行星似乎像预期的那样排列在一起,但伯纳丁非常仔细地分析了数据,发现排列的规律性不强。他说:“我们认为在这些数据中找不到重要的信号。”尽管他承认他不能完全安排第九颗行星的存在,但他计划进行一次更完整的数据分析,也许最终的答案会改变。

在此期间,谢泼德经常使用斯巴鲁望远镜在夏威夷的莫纳克岛进行观察。他耐心地在天空搜寻更多关于第九颗行星的证据。他甚至希望直接观察这颗神秘的行星。然而,这项任务的工作量非常巨大,简直是大海捞针。如果第九颗行星真的存在,它在广阔的宇宙中是一颗非常暗淡的行星,但是在鲁宾的大规模天空观测望远镜的帮助下,我们可能会找到重要的线索。

据报道,大多数望远镜要花几个月或几年才能观察到整个天空,而鲁宾的大规模天空观测望远镜只能在三个晚上内完成,然后一遍又一遍地重复观测,以分析发生了什么变化,从而捕捉移动和变化的天体。

目前,鲁宾大型巡天望远镜的建设接近完成,将于今年下半年开始。试运行和调整需要几年时间。谢泼德说:“我们的最新研究正在逐渐改变我们对太阳系科学的理解。如果第九颗行星真的存在,鲁宾的大望远镜应该能观察到它。”

英国贝尔法斯特女王大学的梅格施瓦姆说:“我们可以探测到离地球约1000个天文单位的类地行星,这意味着谢泼德的观测天体可以很容易地进入视线。如果在我们开始调查之前其他人没有观察到第九颗行星,我想每个人都会把希望寄托在鲁宾的大型天空观测望远镜上。”

图中是迄今观测太阳系远端天体的运行轨道。

这张照片显示了迄今为止观测到的太阳系远端天体的轨道。即使鲁宾望远镜不能直接观察到它,它也能探测到更远的小天体。这些小天体的引力范围和轨道位置可以精确地三角测量第九颗行星的位置,从而缩小搜索范围。如果太阳系中第九颗行星真的存在,那么这项研究的意义将非常重大。

天文学家认为,太阳系的形成起源于围绕太阳的圆盘物质,它凝聚成较小的天体,然后相互碰撞形成较大的天体,最后产生不同体积的太阳系行星。但是远离太阳的圆盘结构变得越来越薄,这意味着在太阳系边缘没有足够的原材料来培育一颗大行星。

一些专家认为第九颗行星注定是像木星和土星一样的气态巨行星,所以它最初是在太阳附近形成的。然而,重力阻碍了它的成长,最终偏离了它最近的轨道,并在某些因素下进入了太阳系的黑暗边缘。

然而,英国达勒姆大学的雅各布舒尔茨对此表示怀疑。他说:“这是可能的,但事实上这需要很多巧合因素,因为单一的引力效应是无法实现的。相反,这个过程需要一系列的互动。以便使它偏离原来的轨道,永远不回到它的轨道位置。”

舒尔茨想出了一个更奇特的主意。他和芝加哥伊利诺斯大学的詹姆斯恩威提出,这可能不是一个消失已久的星球,而是一个黑洞!

如果是这样的话,即使鲁宾望远镜也无法观察到它,因为黑洞根本不发光,只是吞下光和任何碰巧经过的物质。这是一个大胆的猜测,因为舒尔茨的黑洞假说可能是一种已经被猜测了很长时间但尚未被证明的黑洞:它们是在大爆炸后不久形成的。

然而,目前大多数天文学家更倾向于认为第九颗行星是一颗潜伏在太阳系边缘的巨大行星,它将在未来几年进入人类的视野。

如果神秘的第九颗行星真的存在,那么当谢泼德第一次通过望远镜观察它时,他很可能会感受到做出伟大发现的喜悦。(叶青城)