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被太陽發配邊疆的第九行星從哪來? 研究:絕對不是搶來的

自從冥王星被踢出太陽系 9 大行星寶座後,學界對於另一顆假設存在的「第九行星(Planet Nine)」一直議論紛紛,雖然到目前為止還沒有科學家直接觀測到這顆星,但這不妨礙理論學家試圖弄清它是如何出現在太陽系的。由英國謝菲爾德大學天文物理團隊領導的研究最近用模型模擬證明,假設中的第九行星「絕對不可能」來自其他行星系統,而是和太陽系一起形成,然後被太陽重力推到邊緣。

在讀這篇文章之前,你必須和多數科學家一樣,相信還沒被發現的第九行星是真實的,因為也有一些科學家不以為然地說,「別把未被證實的行星算進太陽系行星家族裡。」

第九行星(NASA 稱之為「Planet X」)是顆假想可能存在於太陽系外圍邊界的海王星外行星,大部分科學家都相信這顆行星真實存在,這樣才可以合理解釋太陽系邊緣的古柏帶與歐特雲內,數顆海王星外天體不尋常的軌道。

2014 年,美國天文學家查德‧處基羅、史考特‧雪柏在《自然》期刊發表他們十年以來的研究成果,論文中,兩位科學家寫道:「或許外太陽系有一個巨大的障礙物在搗亂。」他們假設這個障礙物是一顆離太陽遠達 250 AU(天文單位)的超級地球,它的重力會影響附近許多小天體的運行。

2016 年 1 月,加州理工學院的兩名天文學家麥克‧布朗(Mike Brown)、康斯坦丁‧貝提金(Konstantin Batygin)為這項說法提供近一步的支持,並提出「第九行星」具體的軌道參數,估算出這顆行星質量約為地球 10 倍(冥王星質量的 5000 倍),直徑是地球的 2~4 倍,公轉週期約 1 萬 5000 年,在一個狹長巨大的橢圓軌道上繞行著太陽,天文學家相信它將在未來幾年內首度被發現。

關於第九行星的由來,過去主要有兩派說法,一派表示,它是年輕氣盛的太陽系從其他行星系統中綁架過來再發配邊疆的俘虜,另一派則認為它原本就和太陽系同生,只是被太陽重力推到邊緣來個眼不見為淨。現在,由英國謝菲爾德大學天文學家理查‧帕克(Richard Parker)領導的研究表明,第九行星是太陽系從其他行星系統中強取豪奪過來的可能性「幾乎為零」。論文發表在英國《皇家天文學會月刊》上。

團隊對太陽系早期形成過程(即恆星苗圃階段)中的各種情景進行模擬,結果表明,即使這個時期下太陽系與其他星系的交互作用很常見,第九行星被捕獲的機率仍是微不足道。團隊甚至將太陽系捕獲星際行星(註)的條件優化過,但年輕的太陽系終究只能從 10,000 個行星中,捕獲到 5~10 個位於現今第九行星軌道內的流浪行星,且若再加入其他的模擬條件,則捕獲星際行星的概率下降到零。理查‧帕克說:「即使太陽形成於非常活躍的環境中,仍然不太可能捕捉到第九行星。」


▲ 第九行星(紅色虛線)的巨大橢圓軌道。(source:By nagualdesign (Own work, based on a video released by Caltech) [CC0 or CC0], via Wikimedia Commons)

研究結果意味著,第九行星形成於太陽系內,但是被太陽重力強迫到更大更遠的外部軌道上。隨著排除了行星由來的錯誤腳本,研究人員也陸續提出太陽系演變的新問題,從什麼時候,我們知道所有行星都是從哪裡來的?它們一開始就形成在當前軌道上,還是遷移至此?當研究人員越來越接近第九行星形成的真相時,或許就可以得知答案。

註:星際行星(Interstellar planet),又稱為流浪行星(Rogue planet)、遊牧行星(nomad planet)、自由浮動行星(free-floating planet)或孤兒行星(Orphan planet),是不圍繞任何恆星公轉、或只圍繞星系公轉的行星。

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