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外太阳系天体为何如此诡异?科学家破解原因:与第九行星无关

今天小编为大家带来了一篇《外太阳系天体为何如此诡异?科学家破解原因:与第九行星无关》的文章,感兴趣的读者朋友可以跟着小编一起看一看。

原标题:外太阳系天体为何如此诡异?科学家破解原因:与第九行星无关

自从有了牛顿经典力学和爱因斯坦的相对论,科学家们就掌握了太阳系天体的运行规律,甚至连水星进动的问题也得到了完美的解释。

可是,随着我们对太阳系天体发现得越来越多,明明看似对太阳系越来越了解,但实际上反而越来越困惑。对于那些新发现的、远离我们的天体,科学家们发现了不同寻常之处。从冥王星开始,那些在海王星以外的天体普遍有着非常诡异的运行规律。

这些天体都位于我们通常所说的柯伊伯带内,由于它们几乎都位于海王星轨道以外,所以又被称作外海王星天体或者海外天体。以冥王星为例,它距离太阳最远的时候可以达到73.8亿公里,而最近的时候却只有44.4亿公里,比海王星还要近。而2015年发现的海外天体Leleākūhonua更加夸张,近日点为65个天文单位,远日点甚至达到了约2000个天文单位(3000亿公里),偏心率达0.94。

除此之外,这些天体还有一个特点,那就是轨道倾角非常大。目前科学家认为:太阳系形成于一片原始星云,其中的物质通过引力坍缩形成了今天的太阳系天体。同样在引力作用下,它们几乎会聚集在一个平面内,因此我们看到的太阳系和银河系形状都是扁的。不过,它们也不是绝对位于一个平面内,它们的轨道所在的平面之间有一些夹角也是正常的,但是这些海外天体的轨道倾角则尤其大。

(图片说明:以冥王星为代表的柯伊伯带天体,轨道既扁又倾斜)

很长时间以来,科学家们将这些海外天体的运行规律归因于第九大行星,认为是这颗行星的强大引力干扰了它们的运行,但是又始终找不到这颗传说中的天体。另一方面,如果不是这颗行星,科学家又很难找到其他原因来解释这个现象。

问题就在于,它们实在太遥远了,而且本身又不发光,体积和质量也非常小,这给我们的观测带来了极大的难度。正如科罗拉多大学博尔德分校的天体物理学家Ann-Marie Madigan所说:“这个范围内的宇宙,比银河系内的恒星或者其他可以观测到的天体要近得多。”然而实际情况是,我们对这片区域的了解却非常有限,也不知道这里到底有没有第九大行星。

不过最近,一些天体物理学家似乎找到了问题的答案。他们认为,这些天体之所以有如此诡异的运行规律,与第九大行星无关,而是它们内部的问题,是它们自己相互之间的不稳定性导致它们在几百万年的时间里出现了轨道的变动。

近些年来,虽然我们对这片区域的了解仍然非常有限,但也发现了越来越多的证据,证明这里的天体可能会非常密集,这很有可能是导致这些天体离奇的运行规律的根本原因。

为了找到二者之间的关系,Madigan和科罗拉多大学博尔德分校的另一位天体物理学家Alexander Zderic对这片区域进行了计算机模拟。凭借着超级计算机的强大计算能力,以及目前所掌握的该区域内天体的质量等数据,两个人模拟了它们的运行轨迹。

实际上,他们早在2018年就进行过这一项模拟,但是,他们的这一次模拟更加接近真实状态,“模拟了一些可能位于外太阳系的一些天体,并且将木星等巨行星的引力干扰考虑在内”。同时,他们将范围设定在了距离太阳100-1000个天文单位之内,远远超过了我们目前可以观测的范围。

模拟的起点,是一个非常稳定的太阳系。但是,这些天体的有序状态并没有保持多久,尤其在整体质量较高的情况下,混乱来得更早。随着模拟的进行,这些混乱的天体不但自己不再安分,而且还互相干扰,彼此“推拉”,使对方偏离原来的轨道。

到模拟的最后,他们确实得到了这些外太阳系天体按照今天的规律运行的结果。这令他们非常兴奋,Madigan自豪地说:“我们是第一个能够完美再现这个过程的团队,科学家们在这些年来发现的所有奇怪的轨道现象都重演了。”

不过,要想得到这样的模拟结果,有一个条件不能忽略,那就是外太阳系必须有足够的总质量。Madigan指出:“这需要总计达到20倍地球质量的天体,理论上这是可能的,但是肯定会和其他人所认为的相矛盾。”

而且,这也比此前一些科学家推测的第九大行星质量要大一些。那些将外太阳系天体轨道异常归因于第九大行星的科学家认为,这是因为有一颗质量为地球十倍的天体导致的,而这一次Madigan等人推测的质量高,比这个数字大了一倍。

值得注意的是,此前有两支科学团队在外太阳系发现了一些小天体,结果发现,它们的运行规律与第九大行星干扰的理论并不匹配。如今加上Madigan和Zderic的理论,更是让第九大行星的推测遭受到了前所未有的挑战。

实际上,除了在太阳系外侧寻找新的行星之外,科学家们还一度想在水星内部寻找行星,以解释水星进动之谜。不过,最终人们没有任何新的发现,这个谜题也是被爱因斯坦的广义相对论给破解了的。因此,外太阳系出现的这种情况,或许也与其他行星无关,而是来自于我们未知的一些理论。

尽管Madigan等人相信自己的理论很可能就是终极答案,但这最终也要依赖于更强大的观测能力。我们只能寄希望于更加强大的望远镜出现,才能解决外太阳系的谜题。就像Zderic所说的那样,我们对于外太阳系的了解,恐怕还不如对银河系其他恒星的了解那么多,更不要说柯伊伯带之外的奥尔特云了。如何彻底了解我们的太阳系,将是天文学家们接下来要重点思考的问题。

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