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Sep. 07 2021

若「第九行星」真的存在,它可能比想像中更近也更容易發現!

  • 有些天文學家認為,在太陽系外圍潛伏著一顆質量約為地球的六倍的行星,但還未被我們發現。CALTECH/R. HURT (IPAC)

    有些天文學家認為,在太陽系外圍潛伏著一顆質量約為地球的六倍的行星,但還未被我們發現。CALTECH/R. HURT (IPAC)

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根據一份最新的科學「藏寶圖」,在我們的太陽系裡可能藏著一顆比地球還重好幾倍的行星,只是隱身在銀河系明亮的恆星光帶之中。 

在比海王星軌道還要更遙遠的地方,是否有顆巨大的冰行星藏身在我們宇宙鄰里的外圍?這是太陽系讓人著迷的眾多謎團之一。有些尋找它的科學家,將這個假想的行星暱稱為「第九行星」(Planet 9),但這樣的想法從首度提出後就引起了不少爭議。

之所以會預測有顆看不見的行星存在,是因為顯然有個天體的重力,影響著一群小天體的奇特群聚軌道。但到目前為止,這顆行星的搜索行動都沒有結果,這讓批評者認為數據中關於這顆行星存在的暗示其實並不存在。

現在,有項新的分析預測,如果真有隱藏的第九行星存在,那它可能比之前推測的還要更近、更亮,也更容易被發現。

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根據天文學家的計算,它的公轉週期不是先前推測的1萬8500年,而是約7400年。週期更短,表示它比之前所預測的還要更接近太陽,也就是說在望遠鏡中的這顆行星看起來可能會更明亮。

「我認為它會在一兩年內被發現。」這項新研究的作者──加州理工學院的天文學家麥克.布朗(Mike Brown)表示,他的論文已被《天文學期刊》( Astronomical Journal)接受發表。但是他也補充道:「在過去的五年裡,我每年都會發表這樣的聲明。我超級樂觀。」

布朗與加州理工學院的同事康斯坦丁.貝特金(Konstantin Batygin)對第九行星的重力把戲進行了計算,他們的最新分析顯示這顆行星的質量約為地球的六倍──這可能讓它成為岩質的超級地球(super-Earth),或是氣態的迷你海王星(mini-Neptune)。如果真的發現這顆行星,那它將是自1846年後首度加入太陽系眾多角色中的大天體。當年天文學家宣布發現海王星這顆冰態巨行星,而它的存在是因為對天王星產生的重力影響所預測得出。

但多年來,懷疑論者一直認為,透露第九行星存在的重力訊跡,不過是觀測上的偽缺陷。批評者認為,遠處天體軌道的明顯群聚,並不代表有顆看不見的行星影響,而是巡天調查中自然產生的偏差。

亞利桑那大學的雷努.馬賀拉(Renu Malhotra)說:「這些天體大多是以大型望遠鏡發現的,而這些望遠鏡的外太陽系調查時間有限,因此只能在可以觀測的天區進行調查,這又取決於望遠鏡的地點。」她對這顆行星的存在抱持不可知論態度,並正獨立推測這顆行星的所在位置。到目前為止,天文學家只發現了少數的遙遠外太陽系天體,而且在沒有對外太陽系進行更完整的巡天調查之前,很難判斷這些冰冷的小天體是真的有奇特的群聚軌道,還是隨機分布。

與此同時,布朗和貝特金為了幫助搜索第九行星的天文學家,利用他們修正後的計算製作了一張「藏寶圖」,標示出最有可能找到這顆行星的一片天區。這個區域與銀河系中恆星密集的閃爍銀盤重疊,因此可能在過去的搜索中使行星藏匿其中。

「現在我們知道該往哪裡找,又不該往哪裡找。」布朗說:「這樣應該就可以了──除非我們做錯了什麼。」

遙遠太陽系中的幽靈行星

布朗和貝特金一開始是在2016年宣布他們對第九行星的預測,但他們並不是第一個提出太陽系偏遠外圍還隱藏著一顆未被發現行星的科學家。一個多世紀以來,天文學家一直在思考這樣的一顆行星,他們錯誤地認為有某顆巨大天體擾動了海王星的軌道。天文學家帕西瓦爾.羅威爾(Percival Lowell)稱這顆行星為X行星(Planet X),而且亟欲尋找到它,因此他在1916年去世後留下了100萬美元,資助繼續尋找X行星的工作。1930 年,羅威爾天文臺的克萊德.湯博(Clyde Tombaugh )沒有找到X行星,反而是發現了小小的冥王星。

加州理工學院的團隊之所以會預測第九行星的存在,是根據有群柯伊伯帶天體(Kuiper Belt Object)的軌道受到明顯擾動的緣故。這些海王星外的冰冷小天體,包括了一群有著極端軌道的天體,與太陽的距離至少是地球的150倍。

2016年,貝特金和布朗仔細檢查了其中的六個天體。多年來,它們的傾斜橢圓軌道一直困擾著科學家。研究團隊得出結論,認為一定是有顆看不見的行星,以重力將這些天體引導到奇特的軌道上,而這顆行星的質量約為地球的十倍。根據推測,這顆行星的質量介於地球和海王星之間,在對繞行其他恆星的行星研究中,這種質量的行星在整個銀河系似乎相當常見,但在我們自己的太陽系裡卻明顯不存在。

然而,在宣布這個消息後不久,天文學家就開始對第九行星的假設提出質疑。他們主要擔心的問題是,軌道的特殊群聚現象可能根本就不是群聚。相反地,在過去五年中,有多組研究團隊使用各種數據集反覆得到的結論,指出第九行星的證據只不過是個觀測上的偽缺陷

也許第九行星是個幻影,所謂的重力效應是由少數誤導性數據所構建出的虛假證據。 天文學家仍在努力解決這個爭議,布朗和貝特金的最新分析,就是這樣的嘗試。

坎特伯雷大學的米凱萊.班尼斯特(Michele Bannister)表示:「他們做出了詳細的預測並公布結果,真是太好了。」她曾在2017年挑戰第九行星的說法:「如果真的有第九行星,我會非常高興──那我們所處的太陽系就太有趣了。」

改善搜索工作

布朗和貝特金根據一群略為不同的天體,對第九行星的大小和軌道進行最新預測。他們在資料庫中仍保留部分原本的柯伊伯帶天體,但也添加新的天體,並排除所有軌道似乎受海王星重力影響的天體。最後,他們的計算涵蓋11個柯伊伯帶天體。

布朗表示:「如果把受海王星影響的天體也算進來,訊號就會模糊不清,不知道發生了什麼事。」

新的研究發現,這些天體的特殊軌道排列有99.6%的可能性是由一顆看不見的行星所造成,而並非隨機分布。馬賀拉說,這聽起來不錯,但也代表這樣的排列有250分之一的可能性是僥倖造成──這比布朗和貝特金在2016年發表的萬分之一可能性要大得多。

儘管如此,馬賀拉表示,新的分析還是改善了先前的研究,雖然納入考量的天體並不多。她說:「這件事已經有趣到值得我們研究,但仍不夠有說服力。」

貝特金還進行了大量模擬,預測可能造就這11個天體軌道的行星特徵──主要是它的位置和質量。最終結果的「藏寶圖」指出第九行星在天空中的軌道──雖然研究團隊仍不清楚這顆行星在路徑上的位置。

雖然新的推測是這顆行星更小──大約是地球質量的5到6倍,而不是10倍,但它顯然也離地球更近了。這表示第九行星在天空中應該看起來更亮,不過布朗也指出這顆行星的亮度是根據對行星成分的假設所估算,而這樣的假設並不一定正確。

新的預測使讓這顆假想的行星更符合天文學家查德.楚基羅(Chad Trujillo)和史考特.薛浦德(Scott Sheppard)提出的類似主張。 2014 年,他們的研究團隊宣布發現了一個名為 2012 VP113 的物體,並以當時的美國副總統(Vice President)之名──喬.拜登(Joe Biden),將它暱稱為「拜登」。他們認為在很遠的地方,可能有個質量為地球五倍的天體,將「拜登」和其他幾個遙遠天體推向群聚的軌道。

不過,雖然有不同團隊有著類似的主張,但這個領域的專家對第九行星的存在尚未達成共識。

「整體來說,作為一個還沒被發現的天體,它的表現驚人地好。」耶魯大學的天文學家格雷格.勞夫林(Greg Laughlin)說:「我覺得理由很充分,也很有趣──但是,為什麼他們還沒有找到?它究竟在哪裡?」

尋找第九行星

科學家尚未發現第九行星,這個事實可能顯示如果這顆行星真的存在,或許它現在正位於軌道上最遙遠的地方,因此成為隱身在星光之中、緩慢移動的黯淡目標。布朗、貝特金以及薛浦德、楚基羅正利用夏威夷茂納開亞(Mauna Kea)山頂強大的昴星團望遠鏡(Subaru Telescope),尋找這顆難以捉摸的行星。但即使已經用上天文學家武器庫中最強大的工具,這項搜索仍然相當具有挑戰性。

根據他們推測第九行星的亮度和軌道,它恰好融入了閃閃發光的背景恆星之中──在夜空下,飄浮在我們銀河系的乳白色光帶裡。

「它夠亮、夠近、夠明顯,基本上也只能隱身在這個天區而未被發現。」勞夫林說: 「我的感覺是,如果它真的存在,那很快就會被找到。」

使用昴星團望遠鏡尋找天空中的區域,並不是天文學家搜尋第九行星的唯一方法。正忙著尋找其他系外行星的美國航太總署(NASA)凌日系外行星巡天衛星 (Transiting Exoplanet Survey Satellite,簡稱TESS) ,也可能會在掃描包括行星預測軌道在內的天區時,發現第九行星的蹤跡。

2019 年,天文學家提出一種巧妙的數據處理方式,能夠從凌日系外行星巡天衛星的觀測數據裡發現遙遠的太陽系天體──勞夫林和耶魯大學的瑪蕾娜.萊斯(Malena Rice)正在研究這項技術。

「我並不認為成功的機會非常高,但若是這顆行星真的在凌日系外行星巡天衛星所掃描的天區之中,那它發現第九行星也絕非不可能。」勞夫林說:「偶爾,就是會有不該發生的驚人事件發生。」

許多天文學家一致認為,行星獵人最有可能找到第九行星的機會,是正在智利山頂建造的薇拉.魯賓天文臺(Vera Rubin Observatory)。這個口徑8.4公尺的望遠鏡擁有寬廣的視野,每隔幾個晚上就會拍攝整個可見天空。從2023年開始,天文臺將讓天文學家得以追蹤數百萬個天體的運動,包括太空垃圾、小行星、彗星、間諜望遠鏡、恆星,甚至可能是第九行星。

「薇拉.魯賓天文臺將涵蓋約三分之二的天空,但會是以均勻且重複的方式,」馬賀拉說:「這會真正幫助我們在這些議題上取得重大進展。」

布朗認為,我們可能會在下一代更新型的望遠鏡出現之前,就發現這顆行星──他說,也許這顆神祕的行星,已經藏身在天文學家目前手上所握有的數據之中。

「我願意打賭──不過我經常賭輸──我們已有的巡天數據中,已經有這顆行星的影像。」布朗說:「從天王星開始,一直到冥王星和鬩神星(Eris」,我認為我們還沒發現任何一個現有數據中不存在的天體。」2005年,布朗在帕洛瑪天文臺(Palomar Observatory)發現了矮行星鬩神星。後來他發現鬩神星的最早影像,早已存在1955年同一臺望遠鏡拍攝的照相底片上。「我只是有種感覺,這樣的事情會再度發生。」

 

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