为什么还找不到第九大行星?

许多天文学家依然相信一个千载难逢的发现即将来临。东京大学的天文学家Surhud More表示,每次给天空拍照的时候,都有可能第九颗行星存在于照片中

第九大行星,这个假想的天体被认为藏在海王星之外,它一直在展现其存在的间接证据。但是目前还没有望远镜能够发现它。加州理工学院的天文学家Michael Brown是“第九大行星假说”的拥护者。他坚持认为,人们很快就会发现它,但有理由相信,如果第九大行星存在的话,可能现有的天文台中看不见。在最近的一次加州理工学院的研讨会上,二十多位物理学家聚集在一起分享最新消息,并讨论更有创造性的搜寻方式。

第九颗行星存在的第一个证据出现在2014年,当时对一颗小行星的发现显示,柯伊伯带之外的一些迷你冰冻世界在太阳周围出现了可疑的相似路径。卡内基科学研究所的天文学家,2014年小行星的共同发现者Scott Sheppard表示,如果天体在相同的轨道上,那么某种东西在推动它们。Brown和同事Konstantin Batygin两年后做了一个明确的预测,他们称为“摄动体”的天体,质量应该在5到20个地球质量之间,沿着一个椭圆轨道,与太阳的距离是地日距离的数百甚至1000倍。

在那里,太空的黑暗速度惊人地快。比地球两倍远的行星看起来暗16倍,即照射出去的阳光强度减弱了四倍,然后回来的光又减弱四倍。在一个距离为600个天文单位(1个天文单位是地球和太阳之间的距离)的轨道上,第九大行星的亮度将比30个天文单位的海王星要暗16万倍。在1000 个天文单位的距离上,它将会暗100多万倍。宾夕法尼亚州立大学的天文学家Kevin Luhman表示,1000 个天文单位基本就是一堵厚墙了。

这就是用眼睛看到这个行星如此困难的部分原因。Brown和Sheppard都是用昴星望远镜搜寻这颗行星的主要团队。昴星望远镜有一个广阔的视野,可以帮助团队彻查一个潜在的搜索区域,这个区域有4000个满月那么大。Sheppard表示用其他望远镜感觉就像用吸管在观察。在过去的两年里,每个团队每年都有大约一周的观看时间。在天气好的情况下,理论上来说,这个时间足够观察绝大部分可能区域。但是多风和多云的夜晚已经破坏了许多计划中的观测。

即使天文学家很快观测完了搜索区域,但糟糕的运气也会让这个行星隐藏起来。也许它在银河系的光污染中消失了,或者躲在一颗明亮恒星的强光下。Brown表示,他一想到有这种可能性,就夜不能寐。更糟糕的是,可能它所处的轨道部分在1000个天文单位的厚墙之外。等待它的回归将需要数千年的时间。

因此,需要有备用探测计划。一种想法是寻找直接散发热光的天体。Luhman利用一份2014年的红外数据分析,基本上排除了比气体巨星更大、更热的行星存在,但物理学家预计,一个更小、更冷的第九大行星将会以光谱的毫米部分发光。此时恒星暗淡,所以可以减少Brown之前担心的那种可能性。最重要的是,与反射的光不同,直接发光只能是单向的。

伊利诺伊大学的宇宙学家Gilbert Holder表示,目前在南极洲和智利的毫米望远镜可以探测到第九颗行星,如果它在搜索区域的话。然而,这些仪器正忙着绘制宇宙微波背景(CMB),所以它们不一定在正确的时间指向正确的方向。Holder正在等待下一代CMB实验,他的初步计算估计可以在1000个天文单位中找到一个像地球一样小的行星。一旦这个实验启动,第九大行星将无处可藏。

然而,这一时刻要等到十年后,那些不怎么耐心的人应该会怀疑,是否有第九大行星的迹象被埋葬在当今的数据集中。这个预测的天体除了用毫米光发光之外,也会对已知行星的路径进行细微影响。例如,它应该在引力作用下推动气态巨行星,虽然在50亿公里长的轨道上只推动了十几米。

在对卡西尼号飞船穿越土星系统的路径追踪十多年后,一些研究人员认为这个环形行星的轨道与他们模型所预测的不同。哈佛-史密森天体物理中心的天体物理学家Matthew Holman表示,这里有一个模式。他将土星轨道的模型与卡西尼号的数据进行了比较,发现了未知事物的一个线索。他认为如果把一颗行星放在太阳系外层,那就更合适了。

但是美国宇航局(NASA)喷气推进实验室(JPL)的研究人员却不同意这种看法。该实验室维护着自己精调的太阳系模型。每次卡西尼号点燃推进器或进行另一次行星飞近探测时,探测器速度和位置的记录都不确定。每一个模型都以不同的方式处理这些错误来源,而JPL的算法表明,有足够多的噪音来掩盖任何所谓的第九大行星信号。

由于卡西尼号任务已经结束,最终的答案可能需要等待更精确的探测装置。另一个研讨会利用了一个类似于智能手机有的加强的加速度测量仪网络,描述了引力上绘制整个太阳系。JPL的物理学家Makan Mohageg相信被冷却到表现像波的原子组,就可以做到这一点。两个像波的物质块之间的干扰对运动非常敏感。Mohageg表示,将3到4个基于这项技术的传感器送入轨道,就可以确定未知的引力扰动的位置。今年5月,他的团队向国际空间站发射了一种测试装置。

即使第九大行星不在那里,此次搜寻也会寻找其他的发现。Sheppard很快就会确认发现木星的小卫星(在某些情况下是重新发现)。和Brown一起合作的物理学家正通过定位闪烁的恒星来绘制我们星系周围的暗物质晕。Sheppard表示,他们正试图寻找任何在夜晚活跃的事物。

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