太空探索：柯伊伯带天体指向行星9？

2016年1月20日，加州理工学院的研究人员康斯坦丁·巴蒂金和迈克尔·布朗宣布，他们已经发现证据表明太阳系边缘存在一颗巨大的行星。基于数学建模和计算机模拟，他们预测这颗行星将是超级地球，是地球大小的2到4倍，是地球的10倍。他们还估计，考虑到它的距离和高椭圆轨道，绕太阳运行需要1万到2万年。

从那时起，许多研究人员对他们自己研究这种神秘的“行星9”的存在作出了回应。最新的一个来自亚利桑那大学，来自月球和行星实验室的一个研究小组表示，遥远的柯伊伯带天体（KBO）的极端偏心可能表明他们过去曾与一颗巨大的行星相交。

一段时间以来，人们已经知道有一些已知的KBO动态与其他带对象的动态不同。尽管大多数受到气体巨行星在其当前轨道（特别是海王星）中的重力的显着控制，但柯伊伯带的分散盘状群的某些成员具有异常紧密间隔的轨道。

当Batygin和Brown在1月份首次公布他们的研究结果时，他们表示这些物体相对于它们的近日点位置和轨道平面而言似乎是高度聚集的。更重要的是，他们的计算表明，这种偶然发生的可能性非常低（他们计算的概率为0.007％）。

亚利桑那大学的一个研究小组 - 其中包括Renu Malhotra教授，Kathryn Volk博士和王贤宇教授 -在一篇题为“珊瑚与极端共鸣的柯伊伯带天体的珊瑚”的论文中，从另一个角度看待事物。事实上，如果行星9与某些高偏心率的KBO相交，他们推断，它的轨道与这些物体共振是一个很好的选择。

相反，他们推测它是一个遥远的古怪行星，负责维护这些KBO的轨道。为了做到这一点，所讨论的行星必须是地球的十倍以上，并且有一个大致位于同一平面上的轨道（但是近日点的角度与KBO的距离相差180°）。

这样一颗行星不仅为高深度的Sedna类物体的存在提供了解释- 即在太阳周围具有极其偏心轨道的小行星。它还有助于解释外太阳系中远处和高度倾斜物体的来源，因为它们的起源直到现在还不清楚。

为了打破它，由于遇到扰乱其轨道的较大物体，小型物体一直从太阳系中弹出。为了避免被弹射，需要通过轨道共振来保护较小的物体。虽然较小和较大的物体可能在彼此的轨道路径内通过，但它们永远不会足够接近，以至于它们能够相互产生显着的影响。

这就是冥王星仍然是太阳系的一部分，尽管有一个古怪的轨道周期性地穿过海王星的路径。虽然海王星和冥王星穿越彼此的轨道，但它们之间永远不会相互靠近，以至于海王星的影响会迫使冥王星离开我们的太阳系。使用同样的推理，他们假设Batygin和Brown检查的KBO可能与Planet 9处于轨道共振。

正如Malhotra博士，Volk和Wang通过电子邮件告诉今日宇宙：

“我们在论文中研究的极端柯伊伯带物体与其他物体截然不同，因为它们都有非常遥远的椭圆轨道，但它们与太阳的最接近的距离并不足以让它们与海王星有意义地相互作用。所以我们我们的太阳系中已知的行星对这六个观测物体的轨道目前尚未受到影响。但如果还有另一个尚未观测到的行星距离太阳有几百个星球，这六个物体将受到该行星的影响。

在检查了这六个KBO的轨道周期--Sedna，2010 GB174,2004 VN112，2012 VP113和2013 GP136之后 - 他们得出结论，一个假想行星的轨道周期约为17,117年（或半长轴约为665 AU），将与这四个对象具有必要的周期比率。这将属于Batygin和Brown估计的行星轨道周期（10,000 - 20,000年）的参数。

他们的分析还提出了关于地球与KBO有什么样的共振的建议。虽然Sedna的轨道周期与地球有3：2的共振，但2010 GB174将是5：2共振，2994 VN112采用3：1，2004年VP113采用4：1，而2013 GP136采用9：1。如果不存在更大的行星，这种共振就不太可能发生。

“为了使外太阳系中的共振具有动态意义，你需要其中一个物体具有足够的质量，以便在另一个物体上具有相当强的引力效应，”研究小组说。“极端的柯伊伯带天体并不是非常庞大，彼此之间的共振，但是它们的轨道周期沿着简单的比例下降的事实可能意味着它们各自与一个巨大的，看不见的物体共振。”

但最令人兴奋的是，他们的发现可能有助于缩小Planet 9可能位置的范围。由于每个轨道共振提供了所涉及的物体之间的几何关系，这些KBO的共振配置可以帮助指向天文学家到太阳系中的正确位置找到它。

但是，当然，马尔霍特拉和她的同事们自愿承认仍有几个未知因素，在确认星球9之前需要进一步观察和研究：

“这里有很多不确定因素。这些极端柯伊伯带天体的轨道并不是很清楚，因为它们在天空中移动非常慢，我们只观察到它们轨道运动的很小一部分。所以它们的轨道周期可能不同从目前的估计来看，这可能会使其中一些人与假想的行星不共振。也可能只是物体的轨道周期相关的机会;我们没有观察到很多这类物体，所以我们有一组有限的数据。“

最终，天文学家和我们其他人只需要等待进一步的观察和计算。但与此同时，我认为我们都同意第9个星球的可能性肯定是一个有趣的！对于那些长大以来认为太阳系有九颗行星的人来说，过去几年（冥王星降级而且这个数字下降到八颗）已难以接受。

但是，在太阳系外缘可以确认这个超级地球的情况下，这个数字可以很快被推回到九个！