太阳系行星轨道倾角谜团将解:“第九大行星”

2016-11-02 10:55:00 作者:采采(网友上传) 分类 : 科普

 在今年1月份,加州理工学院的天文学家巴特金和迈克·布朗预言了他们所称的“太阳系第九大行星”的存在,他们认为,太阳系外侧那些冰冻天体所表现出的一些怪异运动行为可能与一颗未知的“第九大行星”的存在有关系

  南美洲智利境内的泛美天文台是“暗能量巡天”相机的安放地

  新浪科技讯 北京时间7月22日消息,据英国《每日邮报》报道,一项最新研究称理论上可能存在的所谓太阳系“第九大行星”可能对整个太阳系各大行星的轨道倾角都造成了显著的影响。

  尽管目前看来,太阳系的8大行星的公转轨道面基本还都是在同一个平面上(黄道面),但太阳的自转轴却并非与黄道面垂直,而是存在大约6度的倾角。天文学家们对此感到困惑,但第九大行星可能存在的理论则或许可以解释这一问题。

  被颠覆的行星倾角

  此前关于太阳所存在的这个奇异的倾角问题,已经有人提出了很多不同的解释,从附近经过的恒星施加的暂时性引力影响,到太阳系形成之初由于太阳磁场与原始行星尘埃盘之间的相互作用,不一而足。

  就在今年早些时候,美国加州理工学院的两名顶尖专家:迈克·布朗(Michael Brown)以及康斯坦丁·巴特金(Konstantin Batygin)提出,太阳系外侧那些冰冻天体所表现出的一些怪异运动行为可能与一颗未知的“第九大行星”的存在有关系。

  同样来自加州理工学院的伊丽莎白·巴里(Elizabeth Bailey)是这项研究的第一作者,她表示,这一有关第九大行星的理论现在可以被进一步拓展到对其他大行星的轨道异常提供解释。巴里表示:“因为我们认 为可能存在的第九大行星应当拥有非常大的轨道倾角,这就意味着它可能对其他天体的轨道倾角数值产生影响。这似乎符合相关观测,支持第九大行星可能的确存在 的理论。”

  根据计算,这颗理论上可能存在的第九大行星质量大约是地球的5~20倍,拥有一个偏心率极高的轨道,在轨道最远处距离太阳可以达到地球到太阳距离的250倍以上。

  研究人员在论文预印网站arxiv上发表论文写道:“太阳自转轴存在的6度左右的倾角表明,要么在当初太阳系形成初期的环境中存在不对称情况, 要么就是有外界力量改变了太阳和各大行星的角动量矢量方向。但到目前为止,有关这一倾角的真正来源还仍然是一个开放性问题。运用假想中第九大行星与其他行 星之间的相互作用,我们能够证明在一定参数条件下,第九大行星的存在将能够自然地造成太阳自转轴从最初的垂直黄道面到出现一定的倾角。”

  因此,第九大行星为科学家们提供了一个关于太阳系倾角谜团的可检验的解释。而根据法国蔚蓝海岸天文台(C?te d’Azur Observatory)的太阳系动力学专家亚历山德罗·莫比德利(Alessandro Morbidelli)所开展的一项研究显示,假想中存在的第九大行星的轨道倾角,而非其质量,将是这一问题的关键所在。莫比德利的研究组在论文中写道: “我们评估了一颗遥远的行星——通常它被称作第九大行星——对于太阳系中其他大型行星运行可能产生的影响。能够解释当前太阳自转轴倾角的第九大行星参数与 能够解释太阳系外侧冰冻天体运行轨道异常的解释两者之间基本是可以相互结合起来的。因此,在一方面这项工作提供了关于太阳赤道面与大行星公转轨道平面之间 的倾角,同时也能反过来为假想中可能存在的第九大行星的相关参数提供了约束。”

  暗能量相机拍摄的猎户座大星云。这项为期5年的巡天项目旨在帮助科学家们弄清神秘的暗能量的本质。项目所采用的方法就是对那些遥远的星系进行长时间的观测分析,搜寻那些非常缓慢移动中的天体,这也是为何这一项目需要持续那么多年的原因之一

  暗能量巡天

  今年早些时候,一些专家指出,设置在南半球,通过对最遥远的星系开展观测,进而对宇宙膨胀效应进行观测的项目“暗能量巡天”(DES)有可能掌握着有关第九大行星问题的关键线索

  第九大行星存在的证据有可能就隐藏在这一项目所采集到的海量数据之中,而如果情况的确如此,科学家们相信他们应该有机会在今年夏季结束之前将它找出来。

  在今年1月份,加州理工学院的天文学家巴特金和迈克·布朗预言了他们所称的“太阳系第九大行星”的存在。

  他们两人运用数学模型和计算机模拟手段探讨了如果存在第九大行星,是否可以解释在太阳系外侧的柯伊伯带内天体运行轨道的异常,柯伊伯带是一个位于海王星轨道外侧,有大量冰冻天体在此分布的圆盘状区域。

  在他们两人提出他们的预言理论之后,全世界各地的大批科学家们便一直致力于找到这颗可能存在,却一直隐藏着的“第九大行星”。

  相关计算的结果将搜寻区域限制在一个令人意想不到的区域,该处正好是“暗能量巡天”项目在过去两年半时间里一直在进行搜寻的天区。

  美国密歇根大学的“暗能量巡天”项目科学家大卫·葛蒂斯(David Gerdes)教授表示:“我几乎是偶然之间被牵扯到对第九大行星的搜寻之中的。”葛蒂斯教授表示,当时他正在寻找一个能够给自己学生从事的研究项目,然 后这时候正好关于“第九大行星”的消息出现了。

  此后,在3月份,一个法国研究小组宣称利用美国宇航局正在土星轨道运行的卡西尼探测器轨道数据,进一步限定了这颗理论上可能存在的第九大行星在 天空中的位置范围。一月份,再加上这份3月份的研究一起,表明“暗能量巡天”项目的观测区域很有可能正好就是理论计算显示“第九大行星”可能存在的区域。 如果情况的确如此,那么在今年夏天结束之前科学家们应该就能够找到它。

 太阳系中距离太阳最遥远的6颗天体,它们都位于海王星轨道之外。令人感到奇怪的是,它们的轨道都偏向一侧,这种状况很大可能是由于外部力量作用形成的,据此,美国加州理工学院的两位科学家猜测在太阳系边缘可能隐藏着一颗未知的大行星

  找到或者找不到,意味着什么?

  目前,葛蒂斯教授和他的研究组正在对DES项目此前所有观测过的天体进行分类编纂。理论计算显示的第九大行星潜在区域的大部分天空都已经被这一 巡天项目所覆盖,因此如果它真的存在并且位置计算正确,那么它应该就隐藏在DES项目迄今所采集的数据之中。但反过来说,如果结果证明“暗能量巡天”项目 的数据中并不存在“第九大行星”的踪迹,这也并不意味着这颗行星存在的可能性被排除。

  葛蒂斯教授表示:“如果我们能够找到它,那么这将是一项伟大的发现,伟大的论文。但如果我们没能找到它,我们将要所面对的挑战正是弄清楚这一结果究竟意味着什么。”

  如果结果证明在DES项目的数据中无法找到这颗行星的踪迹,那么这至少意味着在我们此前的研究模型中还需要加入更多的限制性条件,从而帮助科学家们进一步明确其可能所在的位置范围。但直接目击可能并非我们确认这颗行星的确存在的唯一途径。

  在今年1月份的论文中,两位科学家做了很多预测,关于如果这颗行星的确存在,那么它将产生哪些影响,并且很多这类影响是可以被观测到的,其中某些以及在此后得到了DES观测数据的支持。

  使用“暗能量巡天”项目的数据是一个偶然,但这其中其实也存在着必然性。这项为期5年的巡天项目正在帮助天文学家们探究宇宙中暗能量的本质。该 项目所采用的方法就是对那些遥远的星系进行长时间的观测分析,搜寻那些非常缓慢移动中的天体,这也是为何这一项目需要持续那么多年的原因之一。

  正在土星轨道运行的美国卡西尼号探测器。在3月份,一个法国研究小组宣称利用美国宇航局正在土星轨道运行的卡西尼探测器轨道数据,进一步限定了这颗理论上可能存在的第九大行星在天空中的位置范围

  当然,这也就是为何这一项目有获取的数据对于其他研究方向的天文学家们如此感兴趣的原因之一。

  DES项目所提供的数据已经帮助天文学家们找到好几个此前不为人知的银河系卫星星系。那些比较大型的卫星星系,比如大麦哲伦星云都是可以非常容易地从地球上看到的,它们也因此比较有名,但在DES项目的数据中,科学家们找到了更多更小更暗弱的卫星星系。

  苏塞克斯大学的暗能量巡天项目科学家凯茜·罗默(Kathy Romer)博士表示:“暗能量巡天并非只关于宇宙学。它也能告诉我们有关太阳系起源与组成的信息。完全出于巧合而非事先的设计,DES项目或许将帮助我们找到围绕太阳运行的新行星。”

  自从2013年开始实施以来,目前科学家们在这一为期5年的巡天项目上已经执行了大约一半的观测任务。这一拥有上百名科学家的大型项目的目标是 想加深我们对于神秘的暗能量本质的了解,天文学家目前对于暗能量的本质几乎一无所知,但一般认为正是暗能量推动了宇宙的加速膨胀。

  根据传统认识,在大约140亿年前宇宙从一次大爆炸中诞生以来,宇宙一直在膨胀,但一般认为这种膨胀应当随着时间推移会逐渐减速并最终回到收缩 状态,但实际观测显示宇宙膨胀非但没有减速的迹象,反而正在加速。这是违反直觉的异常现象,科学家们认为正是暗能量的存在导致了这一结果,而本次暗能量巡 天项目的开展则将帮助我们弄清楚其本质究竟为何。(晨风)

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