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第九行星的藝術(shù)概念圖（圖片來源：R. Hurt/Caltech）

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撰文 | Jonathan O'Callaghan

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第九行星已死，第九行星萬歲？多年以來，研究人員一直在爭論太陽系外圍是否存在一顆質(zhì)量至少為地球5倍的未知行星。現(xiàn)在，新的分析結(jié)果給了這個假說無情的一擊——針對遙遠冰質(zhì)天體的最新分析挑戰(zhàn)了認為這些天體受到一個巨行星牽引的理論。

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不過，分析結(jié)果并沒有完全排除太陽系存在第九行星的可能性。天文學(xué)家認為，需要更多的數(shù)據(jù)才能平息這個爭論。

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2016年，加州理工學(xué)院的天文學(xué)家Mike Brown和Konstantin Batygin提出了存在第九行星的假想[1]，假想的依據(jù)是他們觀察到6個外海王星天體（TNO，也稱海外天體）的軌道似乎會發(fā)生聚攏。這些海外天體位于柯伊伯帶，柯伊伯帶是海王星軌道之外圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的一圈小型天體。

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他們認為，這些軌道發(fā)生聚攏是因為它們受到了某顆巨行星引力的牽引，而這顆行星就暗藏在外太陽系的某處，它和太陽的距離至少是地日距離的400倍，是最知名的海外天體——矮行星冥王星離日距離的約10倍。如果被證明存在，這個遙遠的天體將是一次重大發(fā)現(xiàn)——一顆位于海王星外的巨大天體絕對會被歸為行星。

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但也不是所有的天文學(xué)家都同意這個觀點。有些研究就質(zhì)疑了這些海外天體是否真的發(fā)生了聚攏，還是只是看起來發(fā)生了聚攏，因為研究人員只在特定方向上開展了詳細的觀測。

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密歇根大學(xué)安娜堡分校物理學(xué)家Kevin Napier領(lǐng)導(dǎo)的團隊展開了進一步的分析。他們通過整合3個巡天觀測的數(shù)據(jù)，分析了14個“極端”海外天體（ETNO：繞日軌道比海王星遠得多的海外天體）的軌道，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些天體的運行軌道可能不需要用附近有一顆行星來解釋。在考慮了選擇性偏差（這里指研究人員只觀測了外太陽系一小部分的事實）之后，數(shù)據(jù)顯示極端海外天體在天空中是均勻分布的。

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Napier說：“這是首次對所有3個最有成效的極端海外天體巡天觀測進行的meta分析。”該團隊的研究結(jié)果2月10日發(fā)布在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上[2]。

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馬非斑馬

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為了判斷這些天體是否真的發(fā)生了聚攏，Napier的團隊構(gòu)建了一個計算機模型，模擬了外太陽系均勻分布的100億個極端海外天體。隨后，他們計算了只觀測其中一小部分天體能在多大程度上得出與現(xiàn)有觀測結(jié)果相符的結(jié)論。

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他們的結(jié)論是：沒有理由認為極端海外天體是不均勻分布的，可能是選擇性偏差讓觀測天體看起來有聚攏現(xiàn)象?！斑@不是說第九行星不存在，只是不需要用它來解釋這些數(shù)據(jù)，”Napier說，“你也可以用聚攏來解釋這些數(shù)據(jù)——但這就好比你聽到了馬蹄聲，你想到的應(yīng)該是馬，而不是斑馬?！?/p>

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但是Brown卻不同意?！拔以谖覀冋撐牡幕A(chǔ)上用他們的數(shù)據(jù)做了圖，你一看就會發(fā)現(xiàn)，這些天體非常聚集，”他說，“他們的數(shù)據(jù)其實有力證明了第九行星的存在?！盉rown指出這篇新論文并沒有包含他和Batygin在原始論文里提到的那6個海外天體。他還稱這些研究人員是“在冰激凌里加爛污泥”，因為他們所分析天體的軌道可能會受到附近海王星的影響。

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Napier則表示，他們之所以沒有納入Brown 和Batygin的那6個海外天體，是因為本世紀初發(fā)現(xiàn)這些天體的巡天觀測數(shù)據(jù)不足。他說：“我們需要知道當時望遠鏡的觀測方向和觀測時間，以及當時望遠鏡可以探測到多暗的天體。之前的巡天觀測數(shù)據(jù)并不包含這些信息?！?/p>

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加拿大里賈納大學(xué)的天文學(xué)家Samantha Lawler參與了“外太陽系起源巡天計劃”（Outer Solar System Origins Survey），該計劃也出現(xiàn)在了Napier團隊的這項分析中。Lawler支持Napier團隊的結(jié)論，她認為如果數(shù)據(jù)能用選擇性偏差來簡單解釋的話，就不需要假設(shè)第九行星的存在。

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她說：“沒有任何證據(jù)表明這些遙遠海外天體的軌道發(fā)生了聚攏，它們的軌道符合均勻分布的情形。我不能說第九行星已死，但我能說沒有證據(jù)支持它的存在?！?/p>

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上萬個其他天體

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Lawler認為，需要對外太陽系展開新的巡天觀測，來尋找聚攏的其他證據(jù)。智利的薇拉·魯賓天文臺（Vera C. Rubin Observatory）有希望做到這一點，該天文臺將在2022年啟動一項為期10年的天文觀測。

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“它將探測柯伊伯帶的數(shù)千個其他天體，就我們目前已有的數(shù)據(jù)來說，我認為我們已經(jīng)做到極致了?！盠awler說。

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Lawler認為，即使最后發(fā)現(xiàn)第九行星并不存在，它也引發(fā)了天文學(xué)家對外太陽系的興趣。她說：“第九行星假說給柯伊伯帶的研究提供了無與倫比的機遇”。

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參考文獻：

1. Batygin, K. & Brown, M. E. Astron. J. 151, 22 (2016).

2. Napier, K. J. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2102.05601 (2021).

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