火星科普 2021-09-04 07:02
星問答計(jì)劃創(chuàng)作者,科學(xué)傳播精英,中國科普作家協(xié)會,優(yōu)質(zhì)軍事領(lǐng)域創(chuàng)作者
2006年，在國際天文聯(lián)合會上，天文學(xué)家把當(dāng)了76年第九大行星的冥王星除名。此后至今，太陽系再也沒有九大行星，只剩下了八顆。由于冥王星不符合行星的定義，已經(jīng)無法“復(fù)活”。但太陽系非常大，天文學(xué)家沒有放棄搜尋真正的第九大行星。
要找到第九大行星，不能去內(nèi)太陽系。由于水星的運(yùn)行軌道與牛頓引力理論的預(yù)言有偏差，19世紀(jì)的天文學(xué)家認(rèn)為水星軌道之內(nèi)還有一顆名為祝融星的未知行星，它的引力攝動導(dǎo)致水星軌道出現(xiàn)偏差。
然而，無論通過凌日法，還是直接觀測到，天文學(xué)家就是無法找到祝融星。直到1915年，愛因斯坦創(chuàng)立了新的引力理論——廣義相對論，它用時(shí)空彎曲的概念成功解釋了水星軌道的偏差，并表明牛頓的萬有引力定律有局限性。
如果有第九大行星，它一定在海王星的軌道之外。更進(jìn)一步說，潛在的第九大行星是在柯伊伯帶之外?？乱敛畮Ьo挨著海王星軌道，它的最外層一直延伸到75億公里之外。
柯伊伯帶是一個(gè)圓盤狀結(jié)構(gòu)，里面分布著大量的小行星和彗星。柯伊伯帶也有比較大的矮行星，比如冥王星、鳥神星、以及剛在2020年獲得正式名字的共工星（取自我國神話傳說中的水神）。
由于潛在的第九大行星離太陽十分遙遠(yuǎn)，想要通過天文望遠(yuǎn)鏡直接觀測到它十分困難，只能借助間接方法來搜尋。天文學(xué)家想到了當(dāng)年發(fā)現(xiàn)海王星的方法，通過觀測其他行星的軌道，再利用物理學(xué)計(jì)算出未知行星的位置。
19世紀(jì)20年代，在天王星被發(fā)現(xiàn)不久后，天王星的運(yùn)行軌道與理論預(yù)言有偏差。根據(jù)這樣的偏差，天文學(xué)家推測天王星軌道之外還有一顆大行星對它施加了引力作用。通過牛頓力學(xué)計(jì)算，天文學(xué)家預(yù)言了第八大行星所出現(xiàn)的位置，據(jù)此果然找到了新的行星，這就是海王星。
如今，天文學(xué)家想再次通過該方法來尋找第九大行星。然而，八大行星的運(yùn)行都完美符合理論預(yù)言，并沒有受到未知天體的引力作用。取而代之的是，柯伊伯帶中的一些天體出現(xiàn)了反常的聚集現(xiàn)象，它們本應(yīng)該是呈現(xiàn)隨機(jī)分布的。
根據(jù)這種現(xiàn)象，天文學(xué)家推測這些天體是受到了第九大行星引力的影響。這顆新行星的質(zhì)量估計(jì)為地球的5倍，近日點(diǎn)為300億公里，遠(yuǎn)日點(diǎn)為1800億公里，環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間長達(dá)1.8萬年。但遺憾的是，天文學(xué)家經(jīng)過幾年的搜尋，都沒有發(fā)現(xiàn)新的行星，這不禁讓人們懷疑它究竟是否存在。
現(xiàn)在，根據(jù)《arXiv》刊載的一項(xiàng)新研究[1]，加州理工學(xué)院的天文學(xué)家再一次對此前的觀測結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。他們的研究表明，柯伊伯帶中的天體出現(xiàn)異常聚集有著99.6的置信水平，這意味著第九大行星很可能是存在的，只是之前的估算有問題。
根據(jù)這項(xiàng)新研究，第九大行星的質(zhì)量應(yīng)該為地球的6.2倍，軌道半長軸為570億公里，軌道傾角為16°，公轉(zhuǎn)周期為7400年。也就是說，第九大行星要比此前預(yù)計(jì)的更大，并且更靠近太陽，所以它也會顯得更亮，這更有利于搜尋。
雖然先前的觀測沒有找到這顆新行星，但已經(jīng)排除掉了很多觀測區(qū)域，大幅縮小了尋找范圍。隨著主鏡達(dá)到8.4米的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡（LSST）（劉廣政注：位于智利北部的帕穹山伊爾佩恩峰）在2023年投入使用，我們有望在兩年后找到第九大行星。
參考文獻(xiàn)
[1] Michael E. Brown, Konstantin Batygin, The orbit of Planet Nine, arXiv, 2021, DOI: 2108.09868.
（來源：百度，見https://baijiahao.baidu.com/s?id=1709923532717742628&wfr=spider&for=pc）
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