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行星九-天文学家在我们的太阳系中找到真实的第九颗行星的证据

发布时间:2018-05-16  点击数:[23]

em加利福尼亚理工学院的科学家们发现了一个巨大行星在外太阳系中跟踪奇异,高度伸长的轨道的证据。 / em

研究人员绰号为“行星九号”的新发现的物体,其质量约为地球的10倍,距离太阳平均距离约为海平面的20倍,而海王星的平均距离为28亿英里, 。事实上,这将需要1万到2万年的这颗新行星在太阳周围形成一个完整的轨道。

研究人员Konstantin Batygin和Mike Brown通过数学建模和计算机模拟发现了地球的存在,但尚未直接观测到该物体。

“这将是一个真正的第九颗行星,”布朗说,行星天文学理查德和芭芭拉罗森伯格教授说。 “自古以来,只有两颗真正的行星被发现,这将是第三个。这是我们太阳系非常大的一块,仍然在那里被发现,这非常令人兴奋。“

布朗指出,假定的第九颗行星(冥王星的质量是冥王星质量的5000倍)足够大,以至于不应该争论它是否是真正的行星。与现在被称为矮行星的小型物体不同,行星9在其太阳系附近引力地占据主导地位。事实上,它占据了一个比其他任何已知行星都大的区域 - 布朗所说的这个事实使它成为“整个太阳系中行星最行星的星球”。

Batygin和Brown在当前的天文学期刊上描述了他们的工作,并展示了Planet Nine如何帮助解释海王星以外被称为柯伊伯带的冰冷物体和碎片领域的许多神秘特征。

“虽然我们最初对这个星球可能存在持怀疑态度,但随着我们继续调查其轨道及其对外太阳系的意义,我们越来越相信它已经存在,”行星助理教授巴特金说。科学。 “这是150多年来的第一次,有充分的证据表明太阳系的行星人口普查是不完整的。”

理论发现的道路并不简单。 2014年,布朗的一位前博士后乍得特鲁希略和他的同事斯科特谢泼德发表了一篇论文,指出柯伊伯带中最远的13个物体与晦涩的轨道特征相似。为了解释这种相似性,他们提出可能存在一个小行星。布朗认为地球解决方案不太可能,但他的兴趣激怒了。

他将问题从大厅里带到了巴蒂金,两人开始了长达一年半的合作,以调查远处的物体。分别作为观察者和理论家,研究人员从不同的角度来看待这项工作 - 布朗是一个看着天空并试图将所有东西都固定在可以看到的东西上的人,而巴特金是一个把自己置于考虑事物如何从物理学的角度出发。这些差异使研究人员能够挑战彼此的想法并考虑新的可能性。 “我会引入一些观察方面的内容;他会从理论上回来争论,我们会互相推each。我认为,如果没有来回发现,这个发现不会发生,“布朗说。 “这也许是我从未有过的关于太阳系问题的最有趣的一年。”

Batygin和Brown相当快地意识到,Trujillo和Sheppard最初收集的六个最远的物体都沿着指向物理空间中相同方向的椭圆轨道。这是特别令人惊讶的,因为它们的轨道的最外点在太阳系周围移动,并且它们以不同的速率行进。

“这几乎就像一只时钟上有6只手按不同的速率移动,而当你碰巧抬头看时,它们都在同一个地方,”布朗说。他说,发生这种事的几率大约是100分之一。但是最重​​要的是,这六个物体的轨道也都是以同样的方式倾斜 - 指向相对于八个已知行星的平面相同方向向下约30度。发生这种情况的可能性大约为0.007%。 “基本上它不应该随机发生,”布朗说。 “所以我们认为别的东西必须塑造这些轨道。”

加州理工学院行星科学助理教授康斯坦丁巴蒂金和行星天文学理查德和芭芭拉罗森伯格教授麦克布朗讨论了一项新的研究,该研究提供了一个巨大行星追踪太阳外太阳的一个奇怪的,高度伸长的轨道的证据。系统< / EM>

他们研究的第一种可能性是,也许有足够远的柯伊伯带(Kuiper Belt)物体 - 其中一些还没有被发现 - 以发挥保持该亚群聚集在一起所需的引力。研究人员很快排除了这种情况,事实证明这种情况需要柯伊伯带的质量达到现在的100倍。

这给他们留下了一个星球的想法。他们的第一本能就是模拟一个行星在一个遥远的轨道上,这个行星围绕着六个柯伊伯带物体的轨道,就像一个巨大的套索将它们缠绕在一起。巴蒂金说,这几乎可行,但不能精确地提供观察到的偏心率。 “接近,但没有雪茄,”他说。

然后,巴蒂金和布朗注意到,如果他们在一个反对准的轨道上运行一个巨大的行星,那么这颗行星与太阳或近日点最接近的方向与近日点的对角线成180度所有其他物体和已知行星 - 仿真中遥远的柯伊伯带对象假定实际观察到的对齐。

“你的自然反应是'这种轨道几​​何不可能是正确的。这从长远来看不能保持稳定,因为毕竟这会导致地球和这些物体相遇并最终相撞,“Batygin说。但是通过一种称为平均运动共振的机制,第九颗行星的反对准轨道实际上可以防止柯伊伯带物体与它碰撞并使它们保持一致。当轨道物体相互靠近时,它们交换能量。因此,例如,对于Planet Nine制造的每四个轨道来说,远处的柯伊伯带对象可能完成九个轨道。他们永远不会相撞。相反,如同一位父母通过定期推动将小孩的弧线保持在秋千上,九号行星推动远处柯伊伯带上的物体的轨道,从而保持其与行星相关的配置。

“还是,我非常怀疑,”巴蒂金说。 “我从来没有在天体力学中看到过这样的事情。”

但随着研究人员调查模型的其他特征和后果,他们一点一点地被说服了。 “一个好的理论不应该仅仅解释你开始解释的东西。它应该有希望解释你没有着手解释和做出可预测的预测的事情,“Batygin说。

实际上九号行星的存在不仅仅是解释远处的柯伊伯带物体的走向。它还提供了其中两个跟踪的神秘轨道的解释。这些物体中的第一个,被称为Sedna,是在2003年被布朗发现的。与标准品种的柯伊伯带物体不同,它们被海王星引力“踢出”然后返回到它,Sedna从未与海王星非常接近。第二个物体,如塞德娜,被称为2012 VP113,于2014年由特鲁希略和谢泼德宣布。巴蒂金和布朗发现,在提出的轨道中,行星九的存在通过采用标准柯伊伯带物体自然产生塞德娜样物体,它进入一个与海王星连接较少的轨道。

但研究人员真正的兴奋之处在于,他们的模拟也预测,柯伊伯带上的物体会在垂直于行星平面的轨道上倾斜。巴蒂金在他的模拟中不断找到这些证据,并将他们带到布朗。 “突然间我意识到有这样的物体,”布朗回忆道。在过去的三年中,观察员已经确定了四个物体沿着大致沿着海王星的一条垂直线和沿着另一个物体的一个物体的轨道进行轨道追踪。 “我们绘制了这些物体和轨道的位置,并且它们完全符合模拟,”布朗说。 “当我们发现这种情况时,我的下巴撞到了地板上。”

Batygin说:“当仿真对准远处的柯伊伯带物体和Sedna等物体时,我们认为这有点棒 - 你用一块石头就可以杀死两只鸟。 “但是由于这颗行星的存在也解释了这些垂直轨道,你不仅会杀死两只鸟,还会取下一只你不知道坐在附近的树上的鸟。”

行星九从哪里来,它是如何在外太阳系中结束的?科学家们一直认为早期的太阳系开始时有四颗行星核心,它们继续抓住周围的所有气体,形成四颗行星 - 木星,土星,天王星和海王星。随着时间的推移,碰撞和喷射塑造他们,并将他们移动到他们目前的位置。 “但没有理由不可能有五个核心,而不是四个,”布朗说。第九颗行星可能代表第五颗核心,如果它与木星或土星过于接近,它可能会被抛射到它遥远,偏心的轨道上。

巴特金和布朗继续完善他们的模拟,更多地了解地球的轨道及其对遥远太阳系的影响。与此同时,布朗和其他同事已经开始在天空寻找行星九号。只有行星的粗糙轨道是已知的,而不是椭圆路径上行星的精确位置。布朗说,如果这颗行星恰好接近它的近日点,天文学家应该能够在以前的调查中捕获的图像中发现它。如果它位于轨道的最远处,那么需要全世界最大的望远镜 - 例如W.Keck天文台的双10米望远镜和所有在夏威夷Mauna Kea的斯巴鲁望远镜。然而,如果九行星现在位于两者之间的任何地方,许多望远镜就有机会找到它。

“我很想找到它,”布朗说。 “但是如果有人发现它,我也会非常高兴。这就是我们发布这篇论文的原因。我们希望其他人能够获得灵感并开始寻找。“

就更多地了解太阳系在宇宙其他部分的情况而言,Batygin说道,在这个第九个似乎对我们来说太古怪的行星中,我们实际上会让太阳系更加类似于其他行星系统天文学家正在寻找其他恒星。首先,围绕其他类似太阳的恒星的大多数行星没有单一的轨道范围 - 也就是说,一些轨道非常接近它们的主星,而另一些轨道则跟随异常遥远的轨道。其次,其他恒星周围最常见的行星为1至10个地球质量。

“关于其他行星系统的最令人吃惊的发现之一是,地球上最常见的行星质量大约在地球和海王星之间,”巴蒂金说。 “到现在为止,我们认为太阳系缺乏这种最常见的星球。毕竟,我们可能更正常。“

布朗以其在冥王星从行星到矮星的降级中所扮演的重要角色而闻名,他补充说:“所有那些疯狂的冥王星不再是行星的人都会很高兴知道有一颗真正的星球出现还有待发现,“他说。 “现在我们可以去寻找这个星球,让太阳系再次拥有九颗行星。”

该论文题为“太阳系中遥远的巨型行星的证据”。

出版物:Konstantin Batygin和Michael E. Brown,“太阳系遥远的巨型行星的证据”,天文学报,2016; DOI:10.3847 / 0004-6256 / 151/2/22

资料来源:加州理工学院的Kimm Fesenmaier

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