柯伊伯带内奇怪的天体运动是否受到某颗大质量行星的影响？

远离地球的“第九行星”可以解释海王星之外冰冷天体的奇怪行为

天文学家努力解释海王星外天体的所有特性

艺术家对第九行星可能是什么样子的诠释(Image credit: Shutterstock) 图片来源：Shutterstock

随着在外太阳系中寻找“第九行星”的继续，新的研究表明，可能有一个地球双胞胎深埋在海王星以外的柯伊伯带的冰冻天体中。

天文学家很难解释海王星外天体（TNO）的所有特性，这些天体通常是在海王星轨道之外绕太阳运行的小而冰冷的天体，通常轨道大于30个天文单位（AU）。（一个AU是地球和太阳之间的平均距离：大约9300万英里，或1.5亿公里。

TNO代表了太阳系形成过程中的剩余部分，这些部分在行星创造的早期混乱时期被抛到系统的外边缘。由于发现和绘制这种小的、遥远的和昏暗的物体极其困难，已知的TNO（代表在该距离上轨道运行的所有物体的一个非常小的样本）具有一些奇怪的特性，还无法得出连贯和一致的解释。

首先，大约10%的TNO是“分离的”，这意味着它们与海王星没有轨道关系。尽管海王星是巨行星中最小的，但它是太阳系最外层的主要引力来源。对于如此多的TNO来说，缺乏受海王星控制或影响的运动是很奇怪的，因为太阳系形成的模型通常预测：目前来说，分离的TNO数量应该是很少的。

其次，有大量的TNOs（大约百分之几）具有非常高的轨道倾角，这意味着它们以大于45度的角度绕太阳运行。同样，太阳系形成的模型很难将如此多的物体散射到如此极端倾斜的轨道上。

接下来，有一些轨道非常大的TNO，简称为“极端”。其中最著名的例子是Sedna，这是一颗小行星，它最接近太阳的距离约为76天文单位，最远点距离太阳超过900天文单位。像这样的极端轨道需要大量的引力调整和推动，而且很难得到已知行星的引力来解释这些极端物体。

最后，一些TNO被锁定在与海王星的轨道共振中，这意味着对于海王星轨道的每个整数，它们完成一个轨道。其中一些轨道已经稳定了数十亿年，尽管TNO种群中的其他轨道已经接受了引力推动。

外太阳系的一致理论必须能够解释所有这些不一致的观测结果。一对研究人员在《天文学杂志》的一篇论文中报告了他们的结果，他们发现了一个有趣的机会。

过去，研究人员提出，一颗巨大的行星可能潜伏在极其遥远的太阳系中（如数百个天文单位）。然而，这些论点主要集中在少数极端TNO的行为上。问题在于，一颗巨大的行星的存在——与海王星相媲美甚至更大的行星——会把其他TNO搞得一团糟，以至于它违反了我们对它们的倾角和它们与海王星关系的理解。

在这项新研究中，研究人员对太阳系的形成进行了数百次模拟。早期的系统可能产生了10到100颗行星，其质量至少是地球在海王星轨道之外的行星。这些行星中的大多数都是通过其余行星的复杂引力机制完全从太阳系中弹出的。但少数人可能设法幸存下来，甚至可能一直保留到今天。

研究人员假设，可能存在一颗地球大小的行星，质量是地球的1.5到3倍之间，潜伏在外太阳系距离太阳250到500天文单位之间的轨道上。这颗行星应该牢牢地位于柯伊伯带内，否则柯伊伯带仅由冥王星和塞德娜等小行星以及无数较小的冰冷天体组成。

这颗假想的大行星，如果放在一个倾斜45度的轨道上，可以解释已知的TNO的集体行为：其中一些如何与海王星分离，而另一些则被困在共振中，它们的一些轨道存在很大的倾角，以及一小群TNO的极端性质。

然而，还没有证据表明有一颗地球规模的行星或是其他新的天体存在于柯伊伯带内。到目前为止，我们所要做的就是继续观察昏暗而遥远的TNO的奇怪轨道舞蹈。但这绝对是一个有趣的假设，也是解释所有可用证据的最佳方式之一。

研究人员的下一步是开发更详细的模型，以便他们能够预测这颗假设的行星位置，并制定观测计划以寻找它。

BY:Paul Sutter

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