太阳系存在第九大行星的可能性不到15%：存在与否仍是迷不敢公布的秘密是什么？

年初,科学家们展示了第九行星存在的证据。这颗星球与海王星质量相仿,运行在比冥王星到太阳距离还远十倍的椭圆轨道上。一直以来,理论天文学家们就对这颗行星感到疑惑:为什么它会在如此远的轨道上运行?

哈佛-史密森尼空间物理中心(CfA)的天文学家在最新的研究中模拟了许多场景,发现其中大部分都不太可能成立。因此,第九行星存在与否仍是一个迷。

现有证据指向第九行星确实存在,但我们无法解释它是如何形成的。CfA天文学家、一篇将发表于《天文物理期刊通讯》论文的第一作者Gongjie Li说。

第九行星绕太阳运行,距离地球400至1500天文单位(600亿至2200亿公里,一天文单位A.U。是地球至太阳的平均距离,即1.5亿公里)远。这使它比太阳系内其他行星都要远得多。于是问题就变成了:它是直接在轨道附近形成的,还是在别处形成后再到达这里的?Li和她的论文合著者Fred Adam进行了数百万次计算机模拟,考虑了三种可能性。

第一情况最有可能:一颗路过的恒星把第九行星往外面拽了一点儿。这样的话不仅行星会被拖入更宽的轨道,轨道也更加椭圆。由于太阳在有成千上万邻居的星团中形成,这样的星际邂逅在太阳系早期历史中更加常见。

然而,擅自闯入的恒星更有可能将第九行星彻底拉走并逐出太阳系。Li和Adams发现只有最多10%的可能让第九行星落入它现在所处的轨道。这颗行星也许出生在一个相当遥远的地方。

CfA的天文学家Scott Kenyon觉得他可以解答这个难题。在两篇提交给《天文物理期刊》的论文里,他和合著者Benjamin Bromley用计算机建模,构建出了第九行星在更宽轨道上形成的合理场景。最简单的解决方法,就是在太阳系再构造一个巨型气态行星。Kenyon说。

他们提出,第九行星在离太阳近得多的地方形成,然后与其他巨型气态行星(尤其是木星和土星)相互影响,随着时间推移,一系列重力反冲将该行星推到了一个更大更椭圆的轨道上。

其实这个过程就像推一个秋千上的孩子。如果在恰当的时机给孩子一记猛推并不断重复,他们就会越荡越高。Kenyon解释说,然后关键之处就在于如何不要过猛地推,否则行星会被推出太阳系。但他认为这种担忧能够通过行星与太阳系内气盘的相互作用避免。

他们俩也验证了Li 和 Adams的想法,结果发现初始原行星盘质量和原行星盘寿命的恰当组合可能恰好创造出第九行星,并让它被过路恒星推走。

建模的好处在于可以观测并证实场景的可能与否。Kenyon这样说,分散的巨型气态行星看起来像冰冷的海王星,聚集而成的行星很像无气体的巨型冥王星。

Li的工作也帮助确定了第九行星​形成(或迁移)的时间。当太阳在星团中诞生时,会频繁地与其他恒星相遇。因为第九行星运行在宽轨道上,所以在这样的情况下更易被逐出。因此,第九行星有可能是在太阳离开诞生星团后,才迟迟来到现在的轨道上。

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