冥王星慘遭削藩後,太陽系的第九行星會是它嗎?

2020-09-17分类:科學

太陽系真的只有這八顆行星嗎?無論冥王星慘遭削藩前後,天文學家們都在思考這樣一個問題:太陽系之中,是否還隱藏著另一顆未被發現的大行星。這就是太陽系老九——行星X。

如果第9顆行星存在的話,它可能是什麼樣子?(藝術插圖) / R. Hurt (IPAC)/Caltech

雖然太陽不大,甚至在恆星中只能算是小個兒,但它的引力影響範圍卻非常廣。受到太陽引力束縛,包含奧爾特雲在內的廣義太陽系半徑範圍約有2光年(大約125000天文單位),而目前人類已知的太陽系最外側行星——海王星距離太陽不過30.1個天文單位。

海王星之外,太陽系疆域的99.99%中,真的就再找不出一顆行星嗎?

太陽系的奧爾特雲

從1930年克萊德·湯博發現冥王星之後,他就想著用發現冥王星的辦法——一片一片檢查未知行星可能出現的天區的照相底片——來尋找冥外行星。他花費了7000個小時,檢查了9000萬顆星像,但對新的行星一無所獲。如今,90個年頭過去了,天文學家們仍舊沒有摸到這顆“老九”的蹤跡。

望遠鏡前的克萊德·湯博

其實這並不讓人意外,由於行星本身不發光,我們只能看到它們反射的太陽光,然而冥王星之外,天體能夠接收到的太陽光原本就少,經過反射後傳到地球的就更是微乎其微。如果真的有一顆遠在奧爾特雲的行星,恐怕我們得用非常非常非常(此處省略一萬個非常)靈敏的望遠鏡才能看到它。以現有的觀測水平,這恐怕是一件非常困難的事情。

既然看不到,一些天文學家又想起了當初海王星被拎出來的方法——軌道計算

由於行星的軌道會被相互之間的引力所影響,如果“老九”真的存在,作為一顆行星他的質量將會擾亂附近的小天體。而實際上我們已經觀測到了一組軌道奇異的“超海王星外天體(eTNOs)”,而引導他們的,或許正是搜尋已久的“X行星”——老九。

第九行星軌道(橙色)想象圖

根據這些eTNOs的軌道,我們可以推算出這顆第九行星的質量將會是地球的5至10倍,軌道半徑也應當是日地距離的400至800倍

一些學者認為這樣一顆行星是在太陽系起源時期被木星利用引力彈弓彈射到太陽系外圍的,而另一些人則認為它或許是太陽系從其他恆星系統捕獲來的“人質”,或者從宇宙空間中撿來的流浪行星

此前在太陽系尋親記中我們提到,早期太陽系或許存在兩顆恆星,而太陽的伴星“哥哥”可能協助太陽捕獲了奧爾特雲天體以及這顆巨大的第九行星。

想象中的太陽和它不遠處的雙星伴侶 / M. Weiss

雖然種種猜想都有其道理,但由於我們仍尚未觀測到這顆第九行星,因此這些猜測都很難被證實,也正是因此一些科學家突然對第九行星的身份產生了懷疑——這真的是一顆行星嗎?

基於過去幾年的研究,達勒姆大學和伊利諾伊大學的兩名研究人員雅各布·舒爾茨(Jakub Scholtz)和詹姆斯·昂溫(James Unwin)進行了一項調查,探究第九行星是原初黑洞的可能性

根據理論模型,原初黑洞誕生在宇宙大爆炸之後,它們隨著宇宙暴漲和膨脹分散在宇宙的四面八方,並且質量大小不一,從硬幣大小到星系大小都有可能(雖然質量小的原初黑洞或許已經在宇宙演化過程中蒸發殆盡了)。

從原初黑洞的誕生角度來看,太陽系附近有一兩個小的原初黑洞其實並不奇怪,因此太陽系第九行星是一顆小黑洞的假說也非無稽之談。

由於質量很小(雖然比地球大了幾倍,但在黑洞兄弟中它還是小矮子),這顆黑洞很難將四周的物質吸入內部,因此它也不能構建出會發光的吸積盤。同時由於視界範圍非常小(5倍地球質量的原初黑洞視界直徑不過一支鋼筆那麼長),我們在宇宙中尋找它無異於大海撈針。

5倍地球質量黑洞視界半徑大小(1:1)

不過科學家們仍舊有方法找到它,舒爾茨說道:“最後一塊拼圖使我們意識到,包裹在原初黑洞四周的暗物質暈或許能幫助我們我們找到‘第九行星’,因為它們會輻射出X射線或者伽馬射線。”

兩人的想法迅速激發了其他科學家的頭腦風暴,他們中的一部分人認為可以利用小型太空探測器來搜尋這些輻射訊號,另一些人則指出,原初黑洞在軌道上碰撞到其他物質時會或許會引起閃光,從而被探測到。而舒爾茨和昂溫現在則打算使用費米伽馬射線空間探測器上搭載的大面積望遠鏡來搜尋這顆“第九行星”。

受到突破攝星(Breakthrough Starshot)專案的啟發,美國理論物理學家愛德華·威滕認為我們也可以發射一批小型光帆探測器,這些探測器將攜帶感應和通訊裝置,如果在駛向太陽系外的過程中遭遇行星或者可能存在的黑洞,就可以將這一資訊傳回地球。但哈佛大學理論物理學家亞伯拉罕·勒布卻認為,如果不能解決太陽系內物質的干擾,這項計劃將很難實施。“飛行大約100個天文單位後它們(光帆)就將會被星際介質磨損,”舒爾茨解釋道,“這對於一項精密任務來說會是嚴重阻礙。

無論方法如何,太陽系的老九或許很快就會被天文學家們從奧爾特雲中拎出來(如果存在的話)。

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