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大行星到底存不存在?天文学家推测太阳系边缘

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大行星到底存不存在?天文学家推测太阳系边缘

  本文刊载于《三联生活周刊》2018年第52期,原文标题《在太阳系边缘的“巨兽”》

  在2018年10月2日,国际天文联合会小行星中心(International Astronomical Unions Minor Planet Center)宣布,卡内基科学研究所的斯科特·谢泼德(Scott S. Sheppard)、夏威夷大学的大卫·苏伦(David Tholen)和北亚利桑那大学的查得·特路希略(Chad Trujillo),三位科学家共同发现一个名为“2015 TG387”,绰号“鬼怪”(Goblin)的矮行星。这个位于太阳系边缘的矮行星距离太阳大约80个天文学单位(地球与太阳的距离为1天文学单位)。这个发现同时也被发表在了《天文期刊》(The Astronomical Journal)杂志上。

  在太阳系边缘的矮行星因为距离太过遥远,极难发现。即使人类能够通过天文望远镜发现它们的存在,往往也需要几年时间的持续观察才能确定它们的运行轨道。矮行星“2015 TG387”之所以能被发现,也是因为它正处于比较接近太阳的位置,即使是在它的轨道上距离太阳最近的“拱点”(perihelion),“2015 TG387”距离太阳也有65个天文学单位。相比之下,冥王星距离地球只有大约34个天文学单位。

  此前人类只知晓两个近日拱点比“2015 TG387”距离太阳更远的天体,矮行星“2012 VP113”距离太阳80个天文学单位,而小行星塞德娜(90377 Sedna)距离地球76个天文学单位。从这个角度来说“2015 TG387”排在第三位,而它在太阳系内运行的轨道狭长,在最远处可以达到距离太阳2300个天文学单位,这使它成为人类已知的距离太阳最远的太阳系天体。这颗直径300公里的矮行星围绕太阳运转一圈需要花费4万年的时间。在这期间,超过99%的时间它都会显得太过黯淡而很难为人所见。

  类似于“2015 TG387”这样的矮行星被称为内奥尔特云天体(Inner Oort Cloud Object)。科学家们估计,类似的天体可能有数以千计,只是因为它们全都距离地球太过遥远而难以发现。如果人们对于这类天体所知越多,就越能够理解太阳系边缘的环境。

  距离正式公布发现矮行星“2015 TG387”才过了两个多月的时间,国际天文联合会的小行星中心又一次宣布,由同一组科学家谢泼德、苏伦和特路希略又一次共同发现了一个内奥尔特云天体,这就是直径大约500公里,主要由冰构成,外表粉红色,绰号叫作“遥远”(Farout)的矮行星“2018 VG18”。它与太阳的距离达到了120个天文学单位以上,这也是人类第一次发现距离太阳100个天文学单位以上的太阳系天体。

  这几位科学家第一次发现“遥远”的痕迹是在2018年11月10日。与之前发现“2015 TG387”的过程类似,他们首先通过在夏威夷冒纳凯阿火山顶的日本昴星团望远镜(Subaru Telescope)进行观测,到了12月又在智利拉斯坎帕纳斯天文台(Las Campanas Observatory)利用巨型麦哲伦望远镜(Giant Magellan Telescope)连续观测了一个星期的时间,终于确定了这个矮行星的存在。

  想要确定“2018 VG18”的轨道恐怕还需要几年时间的持续观测。目前人们只是大概知道了它的直径和颜色,它的运行速度看上去比较缓慢,围绕太阳运转一周大约需要1000年的时间。实际上,同一个研究小组在2014年就发现了距离地球84个天文学单位,绰号“拜登”(Biden)的小行星“2012 VP113”。可以想见,如果他们持续进行观测探索,未来还会在这个区域发现更多类似的天体。

  对于这个区域进行多年持续的观测,虽然不时能够得到新发现,创造出一个又一个的新纪录,让人类对于太阳系边缘区域的理解更深刻,却不是这一组科学家进行探测的最终目的。科学家矢志不渝进行太空观测的目的,在于寻找一个在天文学界流传了近一个世纪的“怪兽”——第九行星。

  此前人们认为在太阳系内有九大行星,随后最外层的冥王星被降格为矮行星,因此传说中的第九行星也被称作“Planet X”。在太阳系内部,冥王星之外,是否还有一颗从未被人类发现过的巨大行星?多年来,这几乎已经成为天文学界的一个神话。也不断有人声称发现了新的行星,以上万年的周期在太阳系的外围运转,从不进入太阳系内部,因此与其他行星并无显著的引力作用,但是它又对于太阳系的结构,尤其是太阳系边缘的天体,有着深刻的影响。

  依照天文学家的推测,在大约45亿年前太阳系形成的初期,一颗巨大的行星围绕着太阳运转,却被其他行星撞击到了太阳系的边缘,从此一直远离太阳,如同一个隐没的巨兽,难以被太阳系内部的人类发现。这样的假设固然有趣,也能够激发人类对此无穷无尽的想象,但是想要对它进行验证,还是需要通过天文学观测发现第九行星存在的痕迹才行。除非能够观测到这样一颗巨大的行星掠过,否则,其他最为直接的证据也就是观测到在太阳系边缘区域的引力影响。

  一些天文学家认为,位于太阳系边缘的众多矮行星运行轨迹高度相似,说明了它们统一受到了某一个巨大天体的引力影响,这正说明了第九行星的存在;而通过积累越来越多矮行星存在的证据,并且记录它们的运行轨道,便可以间接得出第九行星的质量和运行轨道。

  实际上,人类寻找第九行星已经有了一个世纪的时间。这个传说中的行星结合了科学与浪漫的想象,足以激发一代又一代天文学家的热情。一旦发现这样的行星,也必将使人们对于太阳系的形成历史有更深的理解。另一方面,也正是因为这个传说中的行星极难发现,人们所能做的,也只有不断地积累证据,直到有一天,有足够多的天文学家承认证据已经多到了足以证明第九行星的存在——或者是在未来的某一天,这个传说中的“巨兽”真正出现在人们的视野中。

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