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科學人雜誌 3月號/2016 第169期:神秘X行星即將現身?

科學人雜誌 3月號/2016 第169期

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商品資料
內容簡介

神秘行星X

在太陽系邊緣,或許藏有一顆比地球還大的謎樣行星,科學家正在爭論它存在的證據。

撰文/雷蒙尼克(Michael D. Lemonick)
翻譯/宋宜真

重點提要
■許多遙遠的冰凍天體以古怪的軌道繞行著太陽,某些科學家因此猜測,太陽系中尚有未知的行星。
■他們表示,這項證據支持著至少存在一顆超級地球,而且運行軌道或許比海王星更遙遠。
■這種天體由於距離甚遠且太暗,仍無法由現有的天文望遠鏡尋獲。但倘若它真的存在,更先進的望遠鏡或許就能探測到。


編輯前言:2016年1月21日,「發現第九行星」的新聞攻佔各大媒體版面,美國加州理工學院的布朗(Mike Brown)等人發表電腦模擬的結果,算出太陽系應該還有一顆行星。但這項研究並非直接觀測證據,天文學界多持平常心看待,NASA更在幾天後發佈影片:「要說確定有顆所謂的『X行星』,現在還言之過早!」X行星到底是什麼樣的天體?為什麼科學家還要尋找第九顆行星?請看本文娓娓道來:

在冥王星之外,似乎有怪異的事情正在浮現。20多年來,天文學家一直知道這顆小巧的矮行星在太陽系邊緣並不孤單:它是庫伯帶天體(KBO),是庫伯帶裡散佈的許多冰凍天體之一。然而有一群KBO與其他遊盪的夥伴不同,也與行星及繞行於火星和木星之間的眾多小行星不同。它們的運行軌道詭異,以不尋常的狹長橢圓軌道繞行著太陽,不像大多數行星,大致上都是圓形軌道。

這些行跡可疑的天體數量大約4~12個,端看你如何分類。它們一如大多數KBO,軌道平面皆與行星所在的平面相差某個角度,在軌道一側高於行星所在的平面,接著穿過此平面,在另一側沉到平面下方。但這幾個天體都別具特色,與KBO其他冰凍夥伴不一樣,都是在最接近太陽時穿過行星所在的平面。

或者說,這些天體的近日點角距(AOP)相近得湊巧,就連許多天文學家都覺得神秘。美國卡內基科學研究院的行星科學家謝柏德(Scott Sheppard)說:「一般而言,你會預期太陽系中所有天體的AOP是隨機的。」或許這幾個天體有相似的AOP是個巧合,但這種純屬偶然的事件,發生機率應該小於百分之幾,相當於拋擲錢幣10次,都是人頭朝上;這非常怪異,卻不是完全不可能。

但這10次人頭朝上也意味你的錢幣造假,這些KBO也是如此。某個因素有可能造成這些天體出現奇特的AOP,也許是藏身在太陽系邊緣的一顆巨大未知行星、質量遠超過地球:一顆超級地球(約2~10倍地球質量的固態行星)。倘若這個尚未發現的天體(我們稱為X行星)存在,軌道半徑至少是海王星距離太陽的10倍,這對於目前所有的天文望遠鏡而言,都太遙遠也太昏暗而難以觀測。然而,X行星的巨大質量也會對太陽系其他成員產生重力效應,或許可以解釋天文學家觀測到的奇特軌道。

卡內基科學研究院的行星形成理論學家凱博(Nathan Kaib)表示:「我們尚未掌握確切證據去指出該處有個行星等級質量的天體,但確實有我們無法理解的有趣現象正在發生。」越來越多天文學家把籌碼押在太陽系的超級地球,這樣的想法在過去一度視為可笑至極。一如凱博所言,X行星存在的證據仍在未定之天。很多天文學家對這種想法抱持懷疑,即使支持此可能性的天文學家,也表示尚未完全信服。在天文學的發展過程中,曾經出現數顆神秘行星,人類就是由其他天體的軌道異常,察覺這些行星存在的證據。其中有些證據最後成就了重大發現,有些則只是錯誤判斷。問題或許是,我們對太陽系的認識並不如我們以為的那麼多。倘若X行星確實存在,太陽系歷史的某些關鍵篇章都得全部重寫了。

越來越多行星
尋找太陽系未知行星的首度任務是在19世紀初,當時科學家逐漸確信一項證據:1781年天文學家赫雪爾(William Herschel)無意中發現,天王星的運行軌道與牛頓重力法則預測的並不一樣。幾名科學家斷定,這必定是某顆尚未發現的巨大行星重力所致。1846年,德國天文學家加勒(Johan Galle)果然觀測到海王星這顆氣態巨行星,發現的位置基本上是由法國同事勒威耶(Urbain Le Verrier)計算出。不過有足夠證據顯示,伽利略早在1612年便看到了海王星,他以一支粗糙的小型望遠鏡看到了模糊影像,並認為是天體。

20世紀初,美國波士頓的名流羅威爾(Percival Lowell)以亞利桑那州旗桿市的私人望遠鏡,開始尋找另一顆神秘行星。這項證據來自天王星和海王星的運行軌道異常,代表有顆氣態巨行星尚未現身。1930年,羅威爾天文台的年輕助理湯博(Clyde Tombaugh)便找到這顆行星,差不多出現在計算預測的位置。這完全重現當年發現海王星的情節。《紐約時報》於1930年3月14日寫道:「這個天體或許比木星大,在地球64億公里外,符合先前預測。」

但事實並非如此。不出數十年,我們便已明白,冥王星的體積遠不如木星,而且比月球還小。冥王星微弱的重力可能不足以解釋當時發現的軌道異常現象,況且後人檢視數據,也排除這個可能性,實際上天王星和海王星的軌道符合預測。照這情況來看,冥王星其實是誤判。

然而,綜觀全局,冥王星卻是異常重要的發現。1980年代,行星科學家開始懷疑,冥王星並非太陽系冰冷邊緣、獨自遊盪的行星,而是為數眾多、分佈極廣的KBO中最明亮的一員。1992年,我們由夏威夷的天文望遠鏡首度發現KBO(雖然後來的情況改變,冥王星是第一個被發現的KBO成員)。自此之後,研究人員陸續搜尋到1500個KBO,2005年發現的厄里斯(Eris),體積足以媲美冥王星,質量則遠遠超過冥王星。厄里斯的存在不只威脅了當時九大行星的地位,之後可能導致許多天體也要入列行星之名。隔年,國際天文聯合會(IAU)迅速把冥王星降級,瞬間從行星歸類為矮行星。

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