太陽系存在第九大行星的可能性不到15%

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年初，科學家們展示了第九行星存在的證據。這顆星球與海王星質量相仿，運行在比冥王星到太陽距離還遠十倍的橢圓軌道上。一直以來，理論天文學家們就對這顆行星感到疑惑：為什麼它會在如此遠的軌道上運行？

哈佛-史密森尼空間物理中心（CfA）的天文學家在最新的研究中模擬了許多場景，發現其中大部分都不太可能成立。因此，第九行星存在與否仍是一個迷。

「現有證據指向第九行星確實存在，但我們無法解釋它是如何形成的。」CfA天文學家、一篇將發表於《天文物理期刊通訊》論文的第一作者Gongjie Li說。

第九行星繞太陽運行，距離地球400至1500天文單位（600億至2200億公里，一天文單位A.U.是地球至太陽的平均距離，即1.5億公里）遠。這使它比太陽系內其他行星都要遠得多。於是問題就變成了：它是直接在軌道附近形成的，還是在別處形成後再到達這裡的？Li和她的論文合著者Fred Adam進行了數百萬次計算機模擬，考慮了三種可能性。

第一情況最有可能：一顆路過的恆星把第九行星往外面拽了一點兒。這樣的話不僅行星會被拖入更寬的軌道，軌道也更加橢圓。由於太陽在有成千上萬鄰居的星團中形成，這樣的星際邂逅在太陽系早期歷史中更加常見。

然而，擅自闖入的恆星更有可能將第九行星徹底拉走並逐出太陽系。Li和Adams發現只有最多10%的可能讓第九行星落入它現在所處的軌道。這顆行星也許出生在一個相當遙遠的地方。

CfA的天文學家Scott Kenyon覺得他可以解答這個難題。在兩篇提交給《天文物理期刊》的論文里，他和合著者Benjamin Bromley用計算機建模，構建出了第九行星在更寬軌道上形成的合理場景。「最簡單的解決方法，就是在太陽系再構造一個巨型氣態行星。」Kenyon說。

他們提出，第九行星在離太陽近得多的地方形成，然後與其他巨型氣態行星（尤其是木星和土星）相互影響，隨著時間推移，一系列重力反衝將該行星推到了一個更大更橢圓的軌道上。

「其實這個過程就像推一個鞦韆上的孩子。如果在恰當的時機給孩子一記猛推並不斷重複，他們就會越盪越高。」Kenyon解釋說，「然後關鍵之處就在於如何不要過猛地推，否則行星會被推出太陽系。」但他認為這種擔憂能夠通過行星與太陽系內氣盤的相互作用避免。

他們倆也驗證了Li 和 Adams的想法，結果發現初始原行星盤質量和原行星盤壽命的恰當組合可能恰好創造出第九行星，並讓它被過路恆星推走。

「建模的好處在於可以觀測並證實場景的可能與否。」Kenyon這樣說，「分散的巨型氣態行星看起來像冰冷的海王星，聚集而成的行星很像無氣體的巨型冥王星。」

Li的工作也幫助確定了第九行星形成（或遷移）的時間。當太陽在星團中誕生時，會頻繁地與其他恆星相遇。因為第九行星運行在寬軌道上，所以在這樣的情況下更易被逐出。因此，第九行星有可能是在太陽離開誕生星團後，才遲遲來到現在的軌道上。

Li和Adms還提出了兩種更瘋狂的可能性：第九行星是被路過的恆星系統捕獲的」外星人」，也可能是飄近太陽系時被捕獲的獨立行星。但是他們斷定這兩種可能性均低於2%。

蝌蚪君編譯自phys.org，譯者 老六，轉載須授權

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