太阳系边缘天体运行轨道奇特，或非因存在“第九大行星”

“柯伊伯带”的冰芯

根据一些天文学家的假设理论，位于太阳系最远外围的一些天体之所以具有奇特的运行轨道，是由于一颗未知的第九大行星的作用而造成的。然而，据《天文学杂志》最近刊发的一篇研究论文称，一组来自英国剑桥大学（University of Cambridge）和黎巴嫩贝鲁特美国大学（American University of Beirut，简称AUB）的研究人员认为，这一现象实际上可以用在海王星外围、绕太阳运行的小天体引力的合力作用来加以解释。他们的理论涉及到一个其总质量是地球10倍、由小型冰体构成的尘埃盘。这是针对所谓的“第九大行星”假说提出的另一套解释方案——当与太阳系的简化模型相结合时，所假设的尘埃盘的引力可以被用于解释太阳系外围某些天体为什么会呈现出不同寻常的轨道结构。

尽管这一最新理论并不是第一个因小型天体构成的大质量尘埃盘的引力而排除太阳系第九大行星存在可能的理论，但是如果要把太阳系八大行星的质量和重力作用同时考虑进来，用以解读所观测到的这些天体轨道的重要特性，这一理论还是包含了前所未有的开创性。

在位于海王星运行轨道之外的区域环绕着一条“柯伊伯带”（Kuiper Belt），它是由太阳系形成过程中遗留下来的小型天体所组成的。海王星和其他巨行星的引力作用影响着柯伊伯带内外的天体，这些天体统称为外“外海王星天体”（trans-Neptunian Object，简称TNO），它们几乎是从各个方向、以近乎圆环形的路径环绕着太阳。然而，天文学家的观测结果中出现了一些神秘的异常值。自2003年以来，他们一共发现了约30个具有高度椭圆形状轨道的TNO——它们的共同特征是它们的空间方向基本均匀一致，其轨道形态在其他TNO中显得鹤立鸡群。由于这簇群聚现象无法用我们现有的八大行星的太阳系结构理论来解释，因此一些天文学家提出假设：它们不寻常的轨道，可能是受到了尚不为人知的第九大行星存在的影响。据该“第九大行星”的理论假设阐述，这些TNO不寻常的轨道也许意味着存在另一个比地球质量大10倍的行星，这颗潜伏在太阳系遥远边际的星球通过其自身引力及其太阳系其他行星的共同作用像牧羊人一样将这些TNO朝同一个方向上牵引。

AUB的Jihad Touma教授和他以前的学生、该论文的共同作者、现为剑桥大学应用数学和理论物理系博士生的Antranik Sefilian对这些TNO的空间动力学状况进行了建模分析，在实验中，他们着重研究了该模型在受到海王星轨道外一颗巨型外围行星和一个巨大而广阔的尘埃盘的共同作用下的反应和表现。他们发现，该模型可以解释为什么一些TNO的运行轨道在太空中会发生令人困惑的聚簇成群的现象。在实验过程中，他们成功地测出了尘埃盘的质量范围、“圆度”（或偏心率）以及其被迫逐渐改变其方向的程度（或旋进率），而这些变化的幅度会忠实地反映在TNO轨道的异常值上。

之前的研究中，人们也曾试图估算海王星以外所有天体的总质量，但是当时的结果加起来也只有地球质量的十分之一左右。然而，为了让这些模型中的TNO在没有“第九大行星”的情况下，吻合所观测到的实际轨道路径，Sefilian和Touma所提出的模型要求柯伊伯带的总质量应该是地球质量的几到十倍。Sefilian最后指出：“也有可能这两个假设——一个巨大的尘埃盘和第九大行星——都是成立的。在未来，每多发现一个新的TNO，我们就能收集更多可能有助于解释它们表现与特性的观测证据。”

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编译：朱明逸 

审稿：阿淼 

责编：唐林芳

期刊来源： 《天文学杂志》

期刊编号： 0004-6256

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-01/uoc-moi011819.php

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