研究人員認為,第九行星(橙色軌道)的引力導致部份古柏帶天體(紫色軌道)以垂直於第九行星軌道的奇特高橢率軌道運行。(加州理工學院圖片)
研究人員認為,第九行星(橙色軌道)的引力導致部份古柏帶天體(紫色軌道)以垂直於第九行星軌道的奇特高橢率軌道運行。(加州理工學院圖片)
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2005年,加州理工學院天文學家布朗(Mike Brown)發現鬩神星(Eris),促成矮行星分類,直接導致冥王星被歸入矮行星一類,使人們認知中的九大行星少了一顆。但布朗最新的研究認為,太陽系外緣仍然存在一顆巨大的引力天體,雖然無法用肉眼觀察,但研究結果似又為太陽系找回第九顆行星。

1月20日布朗和同事巴特金(Konstantin Batygin)在《天文期刊》上發表了研究結果。該研究團隊並沒有直接用望遠鏡觀察到這顆行星,而是通過對其它天體的軌道推理分析,太陽系外緣存在一顆巨大的引力天體,他們稱這是第九行星(Planet Nine),且它比海王星要遠上20倍。

天文學家認為,Planet Nine比地球大十倍,約為海王星一半。它距離太陽最近處約250天文單位,最遠處則在600到1,200個天文單位之間。(一個天文單位是太陽到地球的距離,即9,300萬英里,木星距離太陽約5個天文單位,冥王星距離太陽40個天文單位)。研究人員稱:「它是一個冰巨人,一個孤獨的流浪者和太陽系外緣的引力霸主。」

布朗承認,天文學歷史上充滿了預測與失望。正確探測海王星的法國數學家奧本.勒維耶(Urbain Jean Joseph Le Verrier),還預測太陽和水星之間有行星軌道的存在,但是它並不存在。 

美國加州大學天文學家勞克林(Greg Laughlin)評論布朗的預測說,「這是一個非常堅實的動力學分析。」法國天文學家莫比德里(Alessandro Morbidelli)說,「這篇論文首次給出了額外行星存在的確鑿證據。」

天文理論日新月異

近幾十年來科學家對太陽系的認識不斷擴大。1992年天文學家首次觀測到古柏帶(Kuiper Belt),一個由冰冷天體在距離太陽約30到50天文單位的軌道上圍繞太陽運轉的小天體帶。同年,天體物理學家開始計劃冥王星任務(冥王星被認為是古柏帶天體)。去年七月新視野號(New Horizons)飛越冥王星,亦對冥王星作更深入研究。

在此期間,布朗和同事發現了古柏帶外的小型天體Sedna(賽德娜),距離太陽最近處為76天文單位,最遠超過900天文單位。布朗說:「它是不太適合任何現有類別的第一個天體。」

古柏天體軌道引設想

賽德娜通常被稱為極端的古柏帶天體,儘管布朗也把它列入太陽系最邊緣奧爾特雲系統中。此後又發現了類似的其它幾個天體,如2012 VP 113。太陽系內行星軌道排列各有不同;接近太陽的八大行星,軌道都局限在一個小圈裏,同時運行軌道幾乎處於同一平面。但被認為是古柏帶天體的冥王星,其圍繞太陽運行的軌道,則與其餘八大行星,有一個17度夾角,即冥王星的軌道與其它行星軌道不處於同一平面。而賽德娜和其它極端古柏帶天體的軌道,皆是以其為端點畫出一個超大橢圓。賽德娜及其鄰近天體的軌道以奇怪的角度傾斜並交叉。

科學家認為,這些天體的相似軌道提示「在這些類似的軌道結構上有一個未知的大規模的干擾性天體。」它們有足夠的質量和引力影響在太陽系中的其它天體。

布朗和巴特金研究賽德娜及2012 VP 113和其它天體的軌道排列時,也開始認為,一個更大的安排力量在起作用。布朗說:「有一個巨大的行星,影響這些天體的軌道,迫使這些天體進入一個特殊的位置。」 

起初,兩人設想有顆行星,其軌道環繞賽德娜和對齊的天體,就像一個牧羊人約束他的羊群。但電腦模擬明確表示,這種軌道不能解釋觀察到的數據。巴特金說:「我們幾乎放棄了。」他們重新推算:一顆巨大的偏心軌道行星穿越賽德娜等天體軌道,但軌道在相反的方向。這樣的天體排列,似乎太奇特。「我沒以為我們做出一種預測,五分鐘內就得到證實」,布朗說,「它可能是真實的,我確實認為有一個遙遠的離心干擾體,即第九行星,在那裏。」

布朗和巴特金懷疑第九行星是太陽系最早期的遺蹟。他說,在超過四十億年前,太陽只是潛伏在星際幼兒園即塵埃和氣體星雲中的很多恆星之一。最終,恆星散開,當首批行星如木星、土星、天王星和海王星形成時,這個星雲的殘留物依然存在。起初,這些行星只是冰和岩石為核心,為地球質量的十倍,但木星和土星迅速成長為氣態巨行星。第九行星可能太接近其它的行星,被它們的重力推到太陽系的遙遠外圍。勞克林說,「如果它在那裏,幾乎可以肯定它是木星、土星、天王星、海王星四人組的第五位成員。」

第九行星或難以分類

第九行星這樣的冰巨星在整個銀河系很普遍,缺少這樣的天體,我們的太陽系也顯得反常。布朗和巴特金的發現改變了這一點。布朗說:「宇宙中最常見類型的行星,是我們根本不為所知的天體,因為太陽系沒有。然而,它確實存在,我們只是不知道它。」勞克林說,「如果它真的在那裏,這是一個巨大的問題。這個世界從根本上不同於任何我們密切觀測過的天體,但它卻是代表性的星系產物。」◇