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太阳系“第九大行星”是否存在尚难定论

2006年“行星杀手”——加州理工学 院的天文学家Mike Brown把冥王星拉下 太阳系九大行星宝座,太阳系自此降级 为八大行星。2016年1月20日,Brown与 他的同事Konstantin Batygin在《The As⁃ tronomical Journal》上发表研究结果称,已 经获得迄今为止最有力的证据,可证明 “X行星”的存在,他们把这个神秘的未知 行星称为太阳系“第九大行星”。 “X行星”是否存在,支持其存在的证 据的可信度有多高?如果存在,“X行星” 是否就是太阳系的“第九大行星”?围绕 这些问题,天文学家展开了激烈讨论,并 引发了另一轮的寻星热。

迄今为止最有力的证据

对于“X行星”是否存在,天文学家一 直在搜寻与验证。2016年1月20日,《Na⁃ ture》梳理了“X 行星”的寻找历程:1905 年,天文学家Percival Lowell设想在太阳 系的边缘潜伏着“X行星”;1984年科学家 推断太阳系“涅墨西斯”矮行星的存在; 1999年“堤喀”被推断为太阳系的一颗褐 矮星;2014年,宽场红外巡天探测器搜寻 排除了“涅墨西斯”和“堤喀”存在的可 能。但天文学家却在柯伊伯带远处发现 了一个新天体,并假设在柯伊伯带中可能 存在着一个大行星;2016 年,Brown 和 Batygin借鉴了1984年法国数学家Urbain Le Verrier预测海王星的引力作用方法, 推测出新行星的存在。同时他们通过轨 道计算提出了支持柯伊伯带存在行星的 证据,并认为其是太阳系“第九大行星”。

2014年美国华盛顿卡内基研究所的 Scott Sheppard和夏威夷双子星天文台的 Chad Trujillo开始研究十几个天体的奇 特的聚集方式。Brown和Batygin在他们 的基础上,从十几个天体里筛选出6颗已 知天体,并通过这6颗天体奇特的聚集方 式推测出“X行星”的存在。他们挑选出 的这6颗古怪天体的近日点不仅都在黄 道面附近,而且本身在空间中的位置也 相对聚集。他们声称,这样特殊的聚集 方式是巧合的概率只有0.007%。因此推 断有1颗质量相当于地球10倍的行星看 管着这6颗天体进入到了奇怪的椭圆轨 道,与太阳系的轨道平面相倾斜。而它 到太阳的距离要比海王星远7倍,即200 个天文单位,远远超出先前的太阳系概 念。

争议尚存

对于这一发现,部分科学家表现出 了难掩的兴奋之情。法国蓝色海岸大学 的轨道动力学专家Alessandro Morbidelli 对这篇论文进行了同行评议,他认为 Brown 和Batygin 提出了“非常坚实的论 据”来证明“X行星”的存在,并称自己差 不多被说服相信存在一颗遥远的行星。

“如果这被证明是正确的,当然这里 还有一个大写的‘如果’,我想象不出还 有什么发现会比它更加重要。”美国加利 福尼亚大学圣克鲁兹分校的行星科学家 Gregory Laughlin 说,“令人兴奋之处在 于,这颗行星是可以被探测到的。”

西南研究所的行星科学家 David Nesvorny的观点则相对要保守一些,他认 为根据理论,“X行星”的引力效应会产生 一系列轨道倾角非常大的柯伊伯带天 体,其中一些已经被发现了,如果能继续 发现更多这样的天体,就能提高统计学 上的显著性,协助弄清太阳系“第九大行 星”是否真正存在,进一步的研究还是需 要更加先进的望远镜来观测。

对于“X行星”的研究持续多年,一旦 证实其真的存在,那么将是里程碑式的 发现。Brown本人提到“如果我自己突然 看到这篇论文,我的第一反应一定是‘他 们疯了’”。因此他与Batygin早就整理了 数月的计算模型结果以面对来自各方的 质疑。

美国西南研究所的行星科学家Hal Levison称在其职业生涯中看到过太多这 样的论断了,但他们无一例外都是错 的。发现了柯伊伯带的行星科学家 Dave Jewitt分析指出Batygin和Brown选 择的6个天体虽然因巧合而聚集在一起 的概率为0.007%,但统计显著性计算结 果表明,这颗行星存在的概率性达到了 3.8个标准差——超出了需要严肃对待的 通常所需的3个标准差,却还达不到诸如 粒子物理学领域所要求的5个标准差的 水平。对于3.8 的标准差,有科学家提 出,之前有许多3个标准差的结果后来都 消失不见了。他们同时认为,Batygin 和 Brown分析的对象从几十颗行星减少为6 颗,这本身就消弱了他们所得结果的准 确性,只要发现1 颗不在此群中的新天 体,就有可能破坏整个分析体系。

2013年美国宾夕法尼亚州立大学天 文学家Kevin Luhman发表的一项研究结 果揭示了另一个潜在问题。他的研究结 果显示,美国航空航天局的广域红外巡 天探测者(WISE)卫星(该卫星已经完成 了全天巡天,能够搜寻来自褐矮星的热 量,也可以搜寻巨行星)已经排除了距离 太阳10000天文单位以内比土星更大的 行星存在的可能性。但Luhman 同时也 指出,如果X行星只有海王星大小,甚至 更小,那么WISE也有可能会漏掉它。他 说,在另一组WISE数据中还有一丝希望 能够检测到它,这组数据的观测波长更 长,对更低温的辐射更加灵敏,但只覆盖 了20%的天空,他还在对数据进行进一 步的研究分析。

研究还将继续

Batygin和Brown表示,如果X行星就 在那里,天文学家应该会发现更多倾斜 轨道的天体,它们都受到了这颗隐藏巨 行星的引力影响。但Brown知道,没有人 会真正相信这一发现,除非X行星本身在 望远镜的取景器中现身。他说,“除非直 接探测到这颗行星,否则这就只是一个 假说——哪怕这是一个非常有潜力的假 说。”但因为大多数时间所谓的“第九大 行星”都远离太阳,非常暗淡,因此要想 通过望远镜观测到它十分困难。

Batygin和Brown一直在用夏威夷的 昴星团望远镜寻找它,但目前为止一无 所获。Brown说,在接下来的几年间,位 于智利的大口径综合巡天望远镜有很大 机会观察到它。他们也希望其他天文学 家也加入进来一起寻找。

(本文部分内容整理自《Nature》、《Sci⁃ ence》、《Scientific American》的相关报道)

文/祝叶华

(责任编辑 李娜)