许多天文学家认为太阳系第九大行星可能根本不存在,为什么呢?

许多天文学家认为太阳系第九大行星可能根本不存在,为什么呢?

我们通过仔细的观测发现了不受九号行星限制的KBOs,我们的模拟显示,如果九号行星存在的话,柯伊伯带应该包含不同的轨道,必须援引其他理论来解释高中心性极端KBOs,但在科学文献中并不缺乏提出的理论。
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第九大行星是一颗理论上尚未被发现的巨型行星,位于太阳系的神秘深处,第九大行星的存在已经被假设为可以解释一切,从太阳自转轴的倾斜到在海王星之外的小型冰冻小行星轨道上明显的聚集。

但是第九行星真的存在吗?

在太阳系边缘的发现柯伊伯带是一些小的冰状天体的集合,它们在海王星之外围绕太阳运行,距离大于30个天文单位(一个天文单位或一个天文单位是地球和太阳之间的距离)。这些柯伊伯带天体(KBOs)的大小从巨石到2000公里(1200英里)不等。KBOs是残留下来的小块行星物质,从未被合并到行星中,类似于小行星带。迄今为止最成功的柯伊伯带勘测——外太阳系起源勘测(OSSOS)的发现,为我们所看到的轨道提供了一种更为隐秘的解释,许多这样的KBOs已经被发现有非常椭圆和倾斜的轨道,就像冥王星一样。

数学计算和详细的计算机模拟表明,我们在柯伊伯带看到的轨道,只有在海王星最初形成时离太阳更近一些,并向外迁移到现在的轨道时,才有可能形成,海王星的迁移解释了柯伊伯带中高度椭圆轨道的普遍性,并且可以解释我们所观察到的所有KBOs轨道,除了少数在极端轨道上的KBOs,它们总是在海王星之外至少10个天文单位。

OSSOS发现的KBOs的大小范围从几公里到100多公里(60英里),发现距离从几个AU到超过100 AU,大部分在主柯伊伯带的40-42 AU。KBOs自身不发光:这些微小的冰体只反射来自太阳的光,因此,在更大的距离下,对检测的偏差是极端的:如果你把KBO移到10倍远的地方,它将变得模糊1万倍。而且由于物理定律,在椭圆轨道上的KBOs将把大部分时间花在轨道的最远部分,所以,当kbo靠近太阳且明亮的时候,在椭圆轨道上很容易找到它们,但是这些kbo大部分时间都很模糊,很难被探测到。

这意味着在椭圆轨道上的KBOs特别难以被发现,尤其是那些离太阳相对较远的极端轨道,到目前为止,我们只发现了其中的一小部分,而通过现有的望远镜,我们只能在它们靠近太阳中心的时候才能在它们的轨道上发现它们。

这就导致了另一个一直被KBOs忽略的观测偏差:KBOs在太阳系的每个部分只能在一年中特定的时间被发现,地面望远镜还受到季节天气的限制,当多云、下雨或刮风的情况更频繁时,发现的可能性更小,KBOs的发现也不太可能在银河系附近,在那里,数不清的恒星使得在望远镜图像中很难找到微弱的、冰冷的漫游者,OSSOS的独特之处在于,我们对发现中的这些偏见非常公开,因为我们很好地理解了我们的偏差,我们可以在消除这些偏差后,用计算机模拟来重建柯伊伯带的真实形状。

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由OSSOS和DES发现的KBOs沿多个方向运行。(Samantha Lawler/小行星中心数据库)

调整了偏差

OSSOS发现了一些新的极端KBOs,其中一半位于受限区域之外,并且在统计上符合均匀分布,一项新的研究(目前正在审查中)证实了OSSOS的非聚集性发现,一组天文学家使用来自暗能量调查(DES)的数据发现了超过300个没有轨道聚集的新KBOs。

因此,现在两项调查都仔细地跟踪并报告了他们在发现极端KBOs的独立集时的观测偏差,都没有发现集群轨道的证据。在OSSOS和DES之前发现的所有极端kbos都来自没有完全报告其方向性偏差的调查。因此,我们不知道是否所有这些kbos都是在太阳系的同一象限被发现的,因为它们实际上是被限制的,或者因为在其他象限没有足够深入的调查。

我们进行了额外的模拟,结果表明,如果仅用一台望远镜在一个季节进行观测,那么极端的KBOs自然只会在太阳系的一个象限被发现。进一步测试行星九理论,我们仔细观察了所有已知的“极端”KBOs的轨道,发现除了两个最高的中间KBOs外,所有的都可以用已知的物理效应来解释。

这两个KBOs是离群值,但是我们之前对柯伊伯带的详细计算机模拟,包括来自行星9的引力效应,产生了一组“极端”的KBOs,其中心距平滑地从40 AU到100 AU。

这些模拟预测,应该有许多的KBOs与两个离群点一样大,但也有许多的KBOs与更小的离群点,这应该更容易检测。为什么轨道发现与预测不符?答案可能是,九号行星的理论并不适用于详细的观测。

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我们通过仔细的观测发现了不受九号行星限制的KBOs,我们的模拟显示,如果九号行星存在的话,柯伊伯带应该包含不同的轨道,必须援引其他理论来解释高中心性极端KBOs,但在科学文献中并不缺乏提出的理论。

在神秘的太阳系外,还有许多美丽而令人惊奇的物体有待发现,但我不相信第九大行星是其中之一。Samantha Lawler, Regina大学天文学助理教授说道。

本文根据知识共享许可协议从对话中重新发布。

作者:SAMANTHA LAWLER, THE CONVERSATION

本文由来源 sciencealert,由 Bob Berman(特邀作者) 整理编辑,其版权均为 sciencealert 所有,文章内容系作者个人观点,不代表 奇点天文 对观点赞同或支持。如需转载,请注明文章来源。
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