自从2006年8月冥王星被国际天文学联合会降级为“矮行星”后,我们所熟悉的太阳系“九大行星”变成了“八大行星”。一些天文爱好者们感到不平,在冥王星归来基本无望的情况下,他们非常期望冥王星“接班人”的出现。一项最新研究或许能让他们感到宽慰。美国《时代》周刊日前载文称,在太阳系边缘存在一颗质量超过木星的超级行星,有望成为太阳系新的第九大行星。
“命运女神”降临太阳系
“行星”一词起源于希腊语,指太阳系中的“漫游者”。近千年来,人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是标准行星。到19世纪末,天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星,“九大行星”便家喻户晓。不过,天文学家陆续发现冥王星与其他行星很不同。它所处的轨道在海王星之外,属于太阳系边缘的“柯伊伯带”,而该区域是小行星和彗星诞生的地方。2006年,国际天文学联合会规定,“行星”指围绕太阳运转、质量足够大、自重能克服流体静力学平衡,使天体呈球状、能清除其轨道附近其他物体的天体。在传统的“九大行星”中,只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星因其轨道与海王星的轨道相交,且质量比月球还小,因此被降级为“矮行星”(介于行星和小行星之间的一类天体)。
其实在茫茫宇宙中,有众多我们从未听说过的天体,确认这些未知天体的方法有两种:直接观测或间接证实。前者在天体离地球不远、运转周期不长的情况下容易实现,但在离地球很远的地方用后一种方法更现实。间接证实的要领是,观察已知天体的运动,如其运行出现异常,附近就可能存在未知天体。经典的例子就是1846年海王星的发现,人们发现天王星偏离预计轨道时,才发现它的存在。
冥王星“接班人”就是这样进入人们视野的。研究人员发现,太阳系内一个长周期彗星群以经典天体物理定律无法解释的方式运动。计算结果表明,在这个彗星群附近极有可能存在一颗“大个头”行星,影响了彗星群轨道。这项研究是由美国路易斯安那大学拉斐特分校物理系教授约翰·马特斯与丹尼尔·维特米尔合作完成的,研究成果已发表在美国《国际太阳系研究杂志》上。
这颗可能存在的行星被命名为“堤喀”(古希腊神话中的命运女神),它从未被直接观察到。但研究人员表示,美国宇航局(NASA)刚进入休眠期的广角红外探测望远镜(WISE)已经捕捉到了它存在的证据。根据一些已知的数据计算出的信息,堤喀距离太阳1.5万个天文单位(指太阳到地球的平均距离,1天文单位约1.5亿公里),约为海王星到太阳距离的500倍,几乎已在奥尔特云边界处(距太阳约5万个天文单位);质量接近木星的4倍,运行周期为180万年,这或许是它至今未被发现的原因。
堤喀的表面温度是零下73摄氏度(冥王星表面平均温度是零下229摄氏度,木星表面平均温度是零下108摄氏度),相较于其他行星来说,这是较高的温度。这主要是由于大质量行星冷却较慢以及开尔文-赫姆霍兹原理(恒星或行星表面冷却时一种通过降压加热星体核心的机制)的影响。其大气层与木星相似,存在云层、环状结构和斑点。同时它也可能拥有卫星(太阳系八大行星均拥有卫星)。
冥王星“接班人”怎样被发现
天王星轨道出现异常,于是发现了海王星。论证堤喀的存在也似乎并不复杂,找一颗离假设的堤喀不远的天体,计算一下它的轨道,看是否存在异常。问题在这里就出现了,堤喀离太阳太过遥远,比原“九大行星”中最偏远的冥王星(距地球30~49个天文单位)远得多。在这样远的地方,一般较显著的天体都不会受到堤喀的影响,但有一种天体除外:彗星。
事实上,彗星群是此次研究中的关键。马特斯与维特米尔从太阳系中被天文学界“登记造册”的2844颗彗星中挑选了102颗进行研究,这些彗星的特点是:周期很长,离太阳很远——至少1万个天文单位。另外还有一个非常重要的共同点是,它们都来自奥尔特云。它们在运行过程中会经过奥尔特云边界处,如果这里有大型天体存在,当然会影响这些彗星的运动。
彗星在太阳系内围绕太阳运行的同时,也随太阳系整体围绕银河系中心运转。推动彗星运行的力量主要有两种:太阳对彗星的吸引力和银河系引力场对彗星的影响。这两种力的合力使得彗星运行的轨道平面具有一定倾角。如果彗星群的各种参数已知,便可以通过经典天文学理论计算出倾角。
理论计算表明,这102颗彗星的平均倾角应该是45度,但实际数据与理论值有偏差。经过仔细计算,研究人员发现只有在奥尔特云中存在某个大型天体,才可能解释偏差。早在1999年,美国天文学家丹尼尔·维特米尔就初步提出了在奥尔特云中存在大型天体的可能,他当时推测可能是大行星或是褐矮星(构成类似恒星,但质量不够大,不足以在核心点燃聚变反应的气态天体)。后来褐矮星的可能性很快被排除,因为褐矮星密度小,要达到同样的质量就需要比理论值大得多的体积,于是就有了堤喀。
反对者称证据尚不充分
两位研究人员的工作在科学界与媒体中均引发了不小的反响,但现在要宣布堤喀就是冥王星“接班人”还为时尚早。因为堤喀从未被观测到过,它可能并不存在。他们在论文中宣称,美国宇航局的广角红外探测望远镜,可能已经收集到堤喀存在的证据,但该装置正处在休眠期,目前只对它采集到的少量数据进行了分析,全面的分析要等到2012年3月。
此外,期待这部望远镜直接观测到堤喀也并不现实。由于观测条件的限制,奥尔特云边界区域一直是天文学的盲区。冥王星离太阳只有几十个天文单位,人类尚不能派出飞行器拜访它,哈勃望远镜也只能观测到冥王星的大致形状,更别说离太阳超过1万个天文单位的堤喀了。如果堤喀真的存在,它应当会将彗星从奥尔特云内部驱逐到离太阳系更近的区域,但迄今为止天文学家们尚未观测到这一现象的发生。
需要注意的是,马特斯与维特米尔分析的彗星数量相对较少。为了确定事实,他们研究了所有已知的来自奥尔特云的彗星,但102颗这个数量仍然太少,不足以形成具有足够说服力的统计数据。堤喀还可能是人为因素导致的错误结果。例如,上世纪60年代,美国天文学家彼得·凯普根据恒星运动摇摆推测,有一颗未知星体在围绕着巴纳德星(1916年美国天文学家巴纳德在蛇夫座发现的一颗恒星)旋转,后来人们发现摇摆是由于他把望远镜镜片取下进行清洗、更换而引起的,实际上根本没有所谓的星体存在。
参考辞典
奥尔特云
奥尔特云是一个假设包围着太阳系的云团,由1932年爱沙尼亚天文学家恩斯特·奥皮克首次提出。奥尔特云已成为太阳系边界的代名词,其中蕴含着太阳系及地球起源的诸多秘密。理论计算表明,奥尔特云距离太阳约5万个天文单位。这意味着奥尔特云离我们非常遥远,根本无法直接看到它内部的天体,只能凭借理论推测。
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