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这些星体的发现,重新定义了太阳系边界

楼主:宇宙奥秘 时间:2021-04-28 06:58:15

 

太阳系边缘地区或隐藏神秘的“行星X”

    了系外行星半人马座阿尔法星Bb,这是在距离地球最近恒星系统中发现的外星世界,也说明了在过去数十年内系外行星探测技术的进步,我们的技术已经可以发现数光年外的昏暗天体。目前已确认的系外行星数量为825颗,这是一个惊人的数字,但是我们对太阳系内的行星探测似乎沉寂已久,自18世纪的天文学家发现天王星以及19世纪发现海王星以来,太阳系外层轨道再也没发现过大质量行星。因此,有研究人员设想在太阳系外层轨道还有在一颗名为“行星X”的大型天体,或许发现它还需要100年。 


 
    研究人员推测在太阳系最外层存在未被发现的大质量冰封天体


    寻找“行星X”的计划开始于1781年,英国天文学家威廉赫歇尔爵士在研究金牛座恒星时注意到模糊不清的情况,几天后似乎又移动了位置,他得出结论称这是一颗彗星,进一步的研究表明该天体实际上是天王星,是太阳系第七大行星,位于土星轨道之外。对天王星轨道的详细观测发现其似乎受 。

        

    到另一个更加遥远天体引力的影响,因此数学家通过研究数据预测了第八颗行星的位置,尽管还未观测到它的存在。1846年,科学家宣布了海王星被正式得到观测确认。


    天文学家使用相同的技术来研究天王星和海王星的轨道特征,显示这两颗行星都受到另一个不明物体的引力作用,基于这个线索科学家们开始寻找太阳系第九大行星,美国天文学家珀西瓦尔·洛厄尔(Percival Lowell)确认了可能的候选天体,在洛厄尔去世后的1930年,在洛厄尔天文台工作的天文学家克莱德·汤博(Clyde Tombaugh)确认了冥王星的存在,此后该行星成为太阳系行星系统的最后一位成员,但目前已经被降级为矮行星行列。


    到了1978年,科学家发现冥王星的卫星卡戎,由此导致了对“行星X”的重新辩论,通过精确测量卡戎的轨道参数,研究人员推测了冥王星的质量。最终计算显示第九大行星不可能对天王星和海王星的轨道构成影响。1977年,美国宇航局发射了旅行者系列行星际探测器,旅行者2号在1989年飞掠海王星时发现其质量比原先认为的要小,这再一次点燃了科学家对“行星X”的兴趣,并推测太阳系最外层轨道上存在“冰巨人”行星,但后来发现X行星或是个神话。


    科学家估计在超出冥王星轨道外存在数百万计的冰封天体,但在距离太阳48个天文单位的距离上空间岩石的数量呈现急剧下滑的趋势,该现象被称为“柯伊伯悬崖”之谜,有研究称在X行星引力的作用下,使得柯伊伯带小天体数量出现急剧下降,或许这里是我们太阳系的边缘,或许也不是。另一方面,美国宇航局旅行者系列探测器和先驱者系列探测器都往不同方向飞出太阳系,并未探测到任何大质量天体。


    虽然太阳系外围空间是巨大的,但是探测器应该是不可能抵达一个未曾发现的太阳系空间。此外,陆基观测站和空间望远镜,比如美国宇航局广域红外探测器(WISE)也会察觉到微小的证据。总之太阳系外围是否还有大质量行星尚不确定,除非我们揭开“柯伊伯悬崖”之谜,不然行星X的幽灵依然非常诱人。


太阳系边缘证实潜伏木星大小黑色天体


    “塞丁泉”彗星,一位来自奥尔特云的客人,被宽视野红外巡天探测器发现于2010年1月。

 

太阳系示意图,其中包括奥尔特云


    美国路易斯安那大学行星科学家近日通过对一个多世纪的彗星观测数据进行分析后证实了此前提出的一个假设,即一个木星大小的黑色天体可能正潜伏于太阳系的外边缘,而且正在向地球方向抛出大量的冰和尘埃。


    美国路易斯安那大学行星科学家约翰-马特斯表示,“我们已经积累了10年以上的数据来检验这种假设。为了进一步对假设进行检验,我们将观测的彗星数量提高了一倍。只有到现在,我们才能够检验到那里有一个木星质量大小的天体。”


    早在1999年,马特斯和同事丹尼尔-怀特米尔就曾提出,太阳有一个隐藏的伴星,它将奥尔特云中的冰质天体不断地抛向太阳系内。奥尔特云是太阳系边缘的一个球状云团,里面充满了彗星。近期,马特斯和怀特米尔又对1898年以来的彗星观测数据重新进行分析,证实了他们最初的理论:从地球的角度能够看到的彗星,大约有20%都是来自一颗遥远的黑色行星。


    更早以前,还有人提出一种概念,即一颗昏暗的褐矮星或红矮星(被命名为“复仇女神”)每3000万年左右都会抛出致命的彗星雨砸向地球。马特斯的理论也算是对这种概念的回应。不过,后来的研究表明,地球上物种大规模灭绝与“复仇女神”预言并没有直接联系,因此许多天文学家现在认为这一天体并不存在。


    但是,马特斯表示,“我们开始问许多人,对于我们正在分析的现有数据,你希望能够推断出什么类型的天体?究竟是什么样的可能轨道使得它们如此靠近太阳,以至于我们都能够发现它们。”


    形成彗核的宇宙雪球通常悬浮于奥尔特云中,直到它们的轨道被外力改变。马特斯认为,这种外部推力可能有三种来源。首先,银河系盘持续不变的重力可以将彗星从它们的冰质家园中拖出来并抛向太阳系中。其次,一颗路过的恒星可以将彗星从奥尔特云中震出来。第三种可能就是一颗更大的伴星,如“复仇女神”或“命运女神”,也可以将彗星从它们舒适的家园中吸引出来。电脑模型显示,在每一种假设中,彗星都会在太空中给出一个特征图。马特斯表示,“我们对这些图案进行了认真研究,并提出疑问,‘是否还有更多的关于一颗路过恒星引起彗星轨道变化的证据图案?’”           

  

    研究人员对小行星中心数据库中的大约100颗彗星的轨道进行了分析,并得出结论认为,生成于奥尔特云的彗星80%都是被星系引力推出来的。剩下的20%则需要一个遥远的天体的推动,这个遥远的天体质量可能是木星质量的1.4倍左右。马特斯表示,“比木星质量小的天体不可能强大到足以完成如此壮举。而如果它是比木星质量大得多的天体,如一颗褐矮星,那它产生的结果则远不止我们所推断的20%这一数据。”


    然而,仍然存在一个问题。这一图案仅适用于来自球状奥尔特云外层的彗星,奥尔特云外层范围介于距离太阳的0.3光年到0.8光年之间。而来自奥尔特云内层的彗星则不会产生同样的图案。马特斯表示,“这就非常麻烦,它需要一个全新的动力学解释,即内层奥尔特云彗星是如何引人注目的。”


    加拿大理论天体研究所行星科学家纳森-凯博表示,“我认为所有问题将在未来五到十年内解决。”马特斯认为,我们也许并不需要等得太久。像“命运女神”这样的天体现在已可以通过美国宇航局宽视野红外巡天探测器观测到。他表示,“我们预计,宽视野红外巡天探测器将会验证我们的推测。我们只需要耐心等待。”

 

太阳系边缘发现新矮行星 

    有两名美国天文学家对外界发布了一项研究报告,他们在报告中指出,在我们所熟知的太阳系边缘存在一颗新的矮行星,这颗矮行星的出现或许意味着太阳系的范围会被重新定义,目前天文学界将这颗矮行星命名为2012VP113。据了解,这两名美国天文学家分别是来自华盛顿卡内基研究院(Instituto Carnegie)的斯考特·谢菲尔德(Scott Sheppard),以及来自夏威夷双子塔观测台(Observatorio Gemini)的查得维克·特鲁德西(Chadwick Trujillo)。

关于这颗矮行星的更多详细信息将会被刊登在本周出版的《自然》杂志(Nature)上。


    另外据天文学家解释:“这颗矮行星本身并不能说明什么问题,但是它的存在证明在它周围的太空环境中还存在某一个更大的未知星体,现阶段还没有观测到它的位置。至于这个星体具体属于哪种类型,天文学家们表示目前尚不清楚,但是可以肯定的是这颗星体的体积应该非常大,很可能与现在我们所熟知的八大行星属于同一级别,如果是这样的话,那么太阳系的范围将会被再次扩大。”           

  

    谢菲尔德指出:“矮行星的具体位置位于奥尔特内星云(Nube de Oort)内,根据2012VP113的运行轨道我们大致可以计算出这颗未知星体的质量。计算结果显示它的质量非常大,因此如果它的密度和‘八大行星’差不多的话,那么它的体积也应该相当大。就拿地球作为例子来看,假设这颗星球的密度与地球一样,则它的体积就是地球的10倍多。


    专家表示,我们所了解的太阳系行星有三个种类:第一种行星被称为“岩石类行星”,也就是包括地球在内的一些距离太阳最近的行星,第二种则叫做气体类行星,泛指包括海王星在内的所有行星,相对于岩石类行星,这些行星距离太阳的距离更远一些,它们一般位于柯伊博戴星云(Cinturón de Kuiper)范围内。由于距离较远,这些行星表面的温度都非常低,所有的物体都处于冻结状态,也正因如此,在这些行星上几乎不可能有生命存在。最后一种类型则是鲜为人知的“赛德娜行星”,这些行星距离太阳的距离最为遥远,一般位于太阳系的边缘地带,毋庸置疑,这些行星上的景象更加缺乏生机。


    卡内基研究院的负责人琳达·埃尔金斯·唐顿(Linda Elkins-Tanton)是一位知名的地磁学专家,她在接受记者采访时表示:“根据我们的观测,2012VP113的运 。

             

    行轨道距离太阳非常远,甚至比我们已知的赛德娜星体还要远,也就是说它处于太阳系的范围之外,那么同理,这颗吸引着2012VP113的‘神秘星体’也在太阳系之外,它们(指的是2012PV113和这颗未知星体)构成了目前已知的距离太阳最远的星体系统。这些事实足够证明人类对太阳系的认识程度还远远不够,因此我们有必要重新划分太阳系的范围。”

    

    据悉,2012VP113的运行轨道上与太阳距离最近的点与太阳相距大约30个UA(一种天文学长度单位),相比之下,地球与太阳之间的距离为0.39个UA,平均算下来地球到太阳的距离仅为2012VP113到太阳距离的1/80。由于这个观测项目还在进行当中,所以关于这一发现的信息还比较少,详细的观测结果会在几个星期后公布。


    另外埃尔金斯还指出:“此次发现具有重大的历史意义,从某种程度上来看,它完全颠覆了我们对太阳系的理解。这也是一个绝佳的机会,可以使我们更进一步地看清太阳系的真正面貌,当然,也许这次发现并不是太阳系的终点,不排除以后发现更远行星的可能性,届时我们会再次扩大太阳系的范围。科学即是如此,也正因为这样人类才会进步。”


    事实上,正如埃尔金斯所说的那样,人类对太阳系的认知程度在随着时代的变迁而不断提高。早在很久以前,天文学家们认为冥王星的位置即是太阳系的边缘,后来人们发现了柯伊博戴星云的存在。在接下来的很长一段时间内,人们一直都以为柯伊博戴星云就是太阳系的终点,到了2003年有一群天文学家发现在柯伊博戴星云外还存在一部分星体群,于是将它们命名为赛德娜星群直到今天,科学家们再次冲破赛德娜星云的束缚,发现了新的太阳系空间。

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