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太阳系最外层神秘轨道并不是由“第九大行星”造成?

日期:2019-04-13 来源: 评论:

[摘要]一些天文学家假设太阳系最远处的一些天体奇怪轨道是由一颗未知的第九大行星造成,但实际上可以用海王星以外围绕太阳运行的小天体引力合力来解释。剑桥大学(University of Cambridge)和贝鲁特美国大学(American Unive...……

一些天文学家假设太阳系最远处的一些天体奇怪轨道是由一颗未知的第九大行星造成,但实际上可以用海王星以外围绕太阳运行的小天体引力合力来解释。剑桥大学(University of Cambridge)和贝鲁特美国大学(American University of Beirut)研究人员对所谓的“第九大行星”假说提出了另一种解释,他们提出一个由小冰体构成的圆盘,其总质量是地球的10倍。当与太阳系的简化模型相结合时,所假设的圆盘引力可以解释太阳系外围某些物体所呈现不同寻常的轨道结构。虽然这个新理论不是第一个提出由小天体构成大质量圆盘的引力可以避免第九行星存在的理论

博科园-科学科普:但它是第一个能够解释观测轨道的显著特征,同时又能解释太阳系其他八行星质量和引力的理论,其研究结果发表在《天文学》上。在海王星轨道之外是柯伊伯带,它是由太阳系形成过程中遗留下来的小天体组成。海王星和其他巨行星引力作用影响着柯伊伯带内外的天体,这些天体统称为外海王星天体(TNOs),它们几乎从各个方向以近乎圆形的路径环绕着太阳。然而,天文学家发现了一些神秘的异常值。自2003年以来,约有30个外海王星天体(TNOs)在高度椭圆轨道上被发现:它们通过共享平均相同的空间方向而从其他外海王星天体(TNOs)中脱颖而出。

 柯伊伯带的冰核,图片:ESO/M. Kornmesser

这种群聚现象无法用我们现有八行星的太阳系结构来解释,因此一些天文学家提出假设,认为不寻常的轨道可能受到尚不为人知的第九大行星存在的影响。“行星九”假说认为,要解释这些外海王星天体(TNOs)不寻常的轨道,就必须有另一颗行星,据信质量大约是地球的10倍,潜伏在太阳系遥远的角落,通过其引力和太阳系其他部分引力的共同作用,“引导”外海王星天体(TNOs)朝同一个方向运动。合著者、剑桥大学应用数学和理论物理系博士生安特拉尼克·塞菲利安(Antranik Sefilian)说:第九大行星假说很吸引人,但如果第九大行星存在,迄今为止它还没有被发现。我们想知道是否有另一种不那么引人注目

也许更自然的原因导致了天文学家在一些外海王星天体(TNOs)上看到的不寻常轨道。想与其考虑第九颗行星,然后担心它的形成和不寻常的轨道,为什么不简单地解释构成海王星轨道外圆盘的小天体引力,看看有什么作用?贝鲁特美国大学Jihad Touma教授和学生Sefilian对外海王星天体(TNOs)的空间动力学进行了建模,模拟了巨大外行星和海王星外一个巨大扩展圆盘的共同作用。这两位科学家的计算是在贝鲁特美国大学(American University of Beirut)的一次研讨会上得出。他们发现,这样的模型可以解释一些外海王星天体(TNOs)令人困惑的空间聚集轨道。在这个过程中,能够确定圆盘质量的范围,它的“圆度”(或偏心),以及强迫其方向(或旋进率)的逐渐变化

这些变化忠实地再现了离群外海王星天体(TNOs)轨道。塞菲利安是盖茨剑桥大学的学者,也是达尔文学院的一名成员表示:如果把第九大行星从模型中移除,允许大量小天体散布在广阔的区域,那么这些小天体之间的共同吸引力就可以很容易地解释在一些外海王星天体(TNOs)中看到的偏心轨道。早些时候,人们试图估算海王星以外天体的总质量,但加起来只有地球质量的十分之一左右。然而,为了使外海王星天体(TNOs)能够观测到行星的轨道并没有第九颗行星,由西菲兰和图玛提出的模型要求,柯伊伯带的质量将是地球质量的几到十倍。

在观察其他星系时经常研究围绕着恒星的圆盘,以推断围绕它运行的行星的性质。问题是当从系统内部观察圆盘时,几乎不可能一次看到整个东西。虽然我们没有直接观测到这个圆盘的证据,但也没有第九大行星的证据,这就是为什么在研究其他可能性。然而,值得注意的是,对柯伊伯带类似物在其他恒星周围的观察,以及行星形成模型,揭示了大量残骸的残余种群。也有可能这两件事都是真的——可能有一个巨大的圆盘和第九行星。随着每一个新外海王星天体(TNOs)的发现,收集了更多的证据,可能有助于解释它们的行为。

博科园-科学科普|研究/来自:  剑桥大学

参考期刊文献:《天文学》

Cite: arXiv:1804.06859

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