隱秘的“第九行星”可能並非行星:五年內或見分曉
2020年05月18日11:38
第九行星是外太陽系神秘物質可能的存在形式之一
第九行星是外太陽系神秘物質可能的存在形式之一

  5月18日消息,在進行了多個世紀的觀察後,人類對太陽系的瞭解已經相當詳細了。我們生活的地球是一顆多岩石的內行星,而在4顆內行星(水星、金星、地球和火星)以外,有一條主小行星帶,然後是兩顆氣態巨行星(木星和土星)和兩顆冰巨星(天王星和海王星),再然後是由大量較小冰體組成的第二條小行星帶,即柯伊伯帶。然而,研究人員懷疑,遙遠的外太陽系區域——巨行星及其大衛星的“家”——可能存在著一個隱秘的較大天體。

  天文學家對海王星以外的這片黑暗區域進行掃瞄觀測,設法捕捉到了一些微光。這些微光並非沒有意義,研究人員據此預測了太陽系的混沌狀態,即太陽系形成過程中遺留下來的雜亂殘骸,由此發現了意想不到的規律。一些遙遠天體的軌道聚在一起,而它們最接近的點停在某條線以外,其中原因尚不可知。許多科學家認為,在少數這樣的模式中,某些目前還看不見的實體在發揮著作用,那裡肯定存在著更多的質量。

  一個主流理論認為,在太陽系外圍存在一顆巨大的行星,稱為“第九行星”,其質量可能是地球的十倍。正是它的存在,使鄰近較小的天體軌道極不規則。多年來,人們一直在努力尋找這個隱秘的天體。隨著研究的深入,各種不同的想法也層出不窮。例如,一個由更小天體組成的巨大圓盤可能也會產生同樣的效果。其他研究人員則另闢蹊徑,認為這個神秘天體可能是一個壘球大小的黑洞。假如其中任意一個理論是正確的,並且確實沒有更大的天體,那目前的望遠鏡搜索就會繼續徒勞無功。在這種情況下,天文學家必須更有耐心,可能也要更有創造力。

  第九行星理論面臨的一個挑戰是,儘管它解釋了天文學家觀測到的奇怪天體軌道,但從理論上,天文學家並不確定如此巨大的行星如何能存在於太陽系外圍邊界。和陽光一樣,太陽的引力也會隨著距離的增加而減弱。因此,在邊界處形成的巨大行星應該會被路過的恒星奪走。或者,如果該行星一開始靠近太陽,然後向外漂移,那麼是什麼阻止了它離開太陽系?如果它是一顆行星,那麼就行星而言,它所處的位置非常怪異。

  通過模擬實驗表明,在不考慮第九行星的情況下,獲得許多小天體的奇特集群軌道。在太陽系形成的過程中,木星和土星很可能將大量的行星碎片推入長長的橢圓形軌道,在冥王星之外形成一個尚未發現的墊圈狀圓盤。研究人員認為,這些地方任何微小天體的質量應該大致等於數學和建模上的誤差,但它們可能會疊加起來。

  當運行太陽系的數字模型時,在遙遠的過去某一時刻,這個圓盤可能短暫變成了一個圓錐體,然後又鬆散下來,形成一個“膨脹”的圓盤。近期兩篇尚未得到同行評議的論文顯示,當這些系統中的塵埃穩定下來時,它們也會表現出脫離常規軌道的現象,與提出第九行星假說的根據相同。

  儘管如此,這個理論還需要“信念的飛躍”。這個圓盤如果要完全取代第九行星,它就需要20個地球質量的物質,這是太陽系預計存在的賸餘碎片的絕對最大值。

  另一個團隊提出了一個較小的圓盤理論,以不同的機製運行,這個圓盤可以與第九行星一起塑造外太陽系,從而縮小了二者的理論尺寸。

  不管是一顆位置完美的行星,還是一個特別大的圓盤,抑或是兩者的某種結合,天體物理學家們都傾向於這樣的結論:外太陽系確實發生了一些不太可能的現象。對於究竟有多麼不可能,有些研究者比其他人走得更遠。

  在2019年的一篇論文中,合著者推測,這個神秘的質量可能是宇宙形成時遺留下來的一個小黑洞。天文學家至今還沒有探測到這樣的“原始”黑洞,但一項研究已經發現了間接證據,表明“流浪”行星或質量類似第九行星的黑洞可能就在銀河系中漫遊。如果太陽可以捕獲流浪行星的話,為什麼不能捕獲黑洞呢?“這是一個瘋狂的想法,但並不是一個不合理的想法。”

  對天文學家來說,在這些並非不合理的想法中做出選擇是一項艱巨的任務。加州理工學院的行星科學家邁克·布朗(Mike Brown)是第九行星理論的有力支援者,他正在領導一項針對這一隱秘天體的研究,希望能在不久的未來這場爭論。就在不久前,邁克·布朗在梳理天文數據時發現了一個看起來很有希望的點,他在社交媒體上對此進行了描述。儘管後來證明這隻是他注入的一個模擬對象,用於確保搜索過程是有效的。

  儘管布朗只是空歡喜一場,但下一代薇拉·魯賓天文台有望在今年拍攝到第九行星所在區域的第一批圖像,未來五年內或許就能得到決定性的結論。該望遠鏡能觀測到更模糊的天體,天文學家希望它能精確定位第九行星,或者幫助繪製圓盤內邊緣的物體。或者,如果可以發現足夠多的新天體,使目前所觀察到的模式重新回到無序狀態,那就再也沒有什麼神秘的現象需要解釋了。

  如果目前所有的望遠鏡觀測都最終失敗,薇拉·魯賓天文台也持續多年都觀測到這些異常現象,那麼原始黑洞理論可能就顯得更加合理。理論物理學家、弦理論先驅愛德華•威滕(Edward Witten)近期發表了一篇預印本論文,描述了尋找這一隱秘天體的極端方法:派出一個搜索隊。

  “突破攝星”(Breakthrough Starshot)是一個雄心勃勃的項目,目標是有一天將納米探測器發送到最近的恒星。受此啟發,威滕進行了數學運算,提出可以向多個方向發射一系列簡單的探測器,當其中某個探測器飛過黑洞時,可能就會發出振動信號。裝備有光帆的探測器將以1%光速(由地球上強大的激光束推動)飛行,可以將理論上到達黑洞的旅程縮短到10年左右。如果足夠靈敏,這些探測器可以完成外太陽系質量的確切地圖,瞭解這些質量是行星、圓盤還是黑洞,或者以上都有。

  近期發表的一篇回應文章指出,一旦探測器離開太陽風的背風面,帶電粒子的碰撞可能會掩蓋任何黑洞的引力。然而,即便是一貫充滿想像力的人也承認,該計劃首先必須克服一些更為緊迫的障礙。開發並建設基礎發射設施預計至少需要5億美元,而必要的激光和材料技術目前還不存在。“這是一個超級有趣的想法,”安文說,“然而,它帶著溢價標籤。”(任天)

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