冥王星軌道以外應該至少還有 2 顆未知的行星

作者 | 發布日期 2015 年 01 月 24 日 0:00 | 分類 天文
trans-Plutonian planet0123

數十年來,天文學家一直在爭議太陽系外圍到底有沒有昏暗的冥王外行星(trans-Plutonian planet)等待被發現。根據西班牙馬德里康普撕頓大學(Complutense University of Madrid,UCM)和英國劍橋大學(University of Cambridge)研究學者 Carlos de la Fuente Marcos 等人最新電腦模擬研究結果:冥王星軌道以外之處,至少還有 2 顆未知的行星,它們的重力擾動能解釋觀測到的海王星軌道以外遠處的天體(簡稱極海外天體,extreme trans-Neptunian objects,ETNO)的軌道和怪異的分佈狀況。如果他們的研究結果被確認,那麼將是太陽系模型的一項重大革新。



迄今最為天文學家接受的理論,認為這些極海外天體的軌道分佈應該相當隨意,而且根據觀測結果,它們的軌道應該滿足一組類似的特徵:軌道半長軸約為 150AU、軌道傾角接近 0 度、近日點幅角(angle of perihelion,或稱為近日點參數 argument of perihelion)接近 0 度或 180 度。

然而其中有約 12 顆 ETNO 卻不照這個規矩來!它們的半長軸差異頗大,由 150AU 至 525AU 不等;它們的平均軌道傾角約為 20 度而非接近 0 度;它們的近日點幅角約為 -31 度,離 180 度可遠了。這些異常的軌道參數,讓天文學家們相信必定有某些看不見的外力影響著 ETNO,其中最可能的解釋就是海王星和冥王星軌道以外之處有未知的行星。這些天文學家並不確定太陽系外圍到底有多少顆未知行星,但能從電腦模擬計算結果能確定的是至少有 2 顆,甚至可能更多。

Carlos de la Fuente Marcos 等人採用的是所謂的「古在機制(Kozai mechanism)」效應,大天體施加在另一個小一點、遠一點的天體軌道而造成的重力擾動,他們另採用 96P/Machholz 1 彗星如何因受到木星重力擾動而產生古在機制,作為他們研究的參考比對標準。在這些前提下,他們才獲得了前述研究成果。

雖然研究成果看似令人相當興奮,但這些研究學者也自認他們的成果並不完美,還有 2 個問題有待解決。

第一個問題是他們的結果與現行太陽系形成模型的預測有所牴觸,現行理論認為海王星軌道以外的行星無法以圓形軌道繞太陽公轉。然而,ALMA 電波陣列近期研究成果指出:金牛座 HL 星(HL Tauri)系統中,離中央母恆星約 100AU 遠處有行星正在形成的塵埃盤;金牛 HL 比我們的太陽年輕且質量也比太陽大,因此行星可在離母恆星約數百 AU 遠之處形成。

另一個問題是 Carlos de la Fuente Marcos 等人承認他們的分析樣本太少,僅有 13 個,所以不夠精準;但他們已經計畫在未來幾個月內,盡量增加樣本數以提高研究的可信度。如果樣本數增加之後的分析結果仍舊相同,那麼現行太陽系形成模型理論得經歷一次大革命了。

美國有兩位天文學家去年在歐特雲(Oort cloud)中發現了矮行星 2012 VP113,他們認為它的軌道應該有受到一顆暗色且為冰質的超級地球影響,其直徑甚至可能大到為地球的 10 倍左右,似乎與 Carlos de la Fuente Marcos 等人的研究有所呼應呢!

(本文轉載自 台北天文館) 

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