139颗小行星在太阳系被发现 | Discover Magazine

天文学家通过搜寻暗能量巡天（Dark Energy Survey）的数据，在海王星之外的太阳系中发现了139颗新的小行星。这种寻找小型天体的新方法预计在未来几年内将揭示数万个遥远的天体——这意味着这最初的一百多个天体可能只是冰山一角。

总而言之，新发现的遥远天体以及未来将要发现的天体，可能会解决现代天文学中最引人入胜的问题之一：在太阳系外围是否存在一个被称为第九行星的巨大而神秘的世界？

海王星之外的谜团

海王星绕太阳运行的距离约为30个天文单位（AU；1 AU等于地球到太阳的距离）。海王星之外是柯伊伯带——一个富含彗星的冰封岩石天体带（包括冥王星），其质量是小行星带的几十到几百倍。在柯伊伯带内及其外缘（50 AU）之外，绕轨道运行着遥远的天体，称为海王星外天体（TNOs）。目前，我们已知太阳系中有近3000颗TNOs，但估计总数接近10万颗。

随着多年来TNOs的不断发现，一些天文学家——包括加州理工学院的Konstantin Batygin和Mike Brown——注意到其中一小部分天体的轨道很奇特。它们似乎以意想不到的方式聚集在一起，仿佛有一个看不见的天体在“放牧”这些所谓的极端海王星外天体（eTNOs）形成特定的轨道。Batygin和Brown——以及其他团队，如由卡耐基科学研究所的Scott Sheppard领导的团队——认为这些轨道奇异的eTNOs指向一个巨大的、遥远的世界的存在，即第九行星。

planet9cluster — 在过去十年左右的时间里，天文学家们发现了一些遥远的天体，它们都有非常相似的近日点，这意味着它们在太空中的最近距离接近太阳的位置大致相同。一种试图解释这种聚集现象的主流理论是，一个巨大且未被发现的世界，即第九行星，隐藏在太阳系的外部。（来源：Fauxtoez/WikiMedia Commons）
Fauxtoez/WikiMedia Commons

假设第九行星的质量是地球的5到15倍，并且绕太阳运行的轨道距离约为400 AU（或更远），那么它具有足够大的引力，可以调控eTNOs的轨道，使其在最接近太阳时聚集在一起。问题在于，目前第九行星的证据仍然是间接且稀疏的。可能有其他因素解释了轨道的聚集，或者研究人员可能只是碰巧发现了一些轨道相似的天体。发现更多TNOs，特别是在柯伊伯带之外的，将使天文学家找到更多线索，指向假定的第九行星的位置——或者完全否定其存在。在这项研究中新发现的139颗小行星中，有7颗是eTNOs，这对于一个几个月前还只有十几个的名单来说，是一个重要的补充。

新相机，新方法

这些新的TNOs是由宾夕法尼亚大学的天文学家利用暗能量巡天的数据发现的，该巡天最初并非设计用于搜寻遥远的小行星。

blancotelescope — 位于智利塞罗托洛洛美洲际天文台的布兰科望远镜装备了暗能量相机，这是暗能量巡天的主要工具。该巡天旨在揭示宇宙暗能量的奥秘，其数据也有助于解开第九行星的谜团。（来源：Reidar Hahn, Fermilab）
Reidar Hahn, Fermilab

但宾夕法尼亚大学天文学家、新研究的合著者Gary Bernstein，自从“第九行星出现之前”——甚至在1990年代柯伊伯带的存在得到证实之前——就一直对TNOs着迷。“每当我拿到一台新相机或者有什么技术进步时，我都会去尝试弄清楚如何用它来寻找海王星外天体，”Bernstein告诉《Astronomy》。“而DES（暗能量巡天）当然是我们拥有的最大、最好的相机。”

DES是一项旨在理解暗能量的国际合作项目，于2013年开始观测南半球的天空，使用的是安装在智利安第斯山脉4米布兰科望远镜上的一台极其灵敏的相机。Bernstein与宾夕法尼亚大学的天文学家Masao Sako和研究生Pedro Bernardinelli合作，改编了DES数据用于识别TNOs。

“大多数人在寻找TNOs时，会采用一种专门的观测天空方式，他们会间隔几小时拍摄图像，这样可以很容易地看到天体的移动，”Bernardinelli告诉《Astronomy》。“而DES的数据不是这样工作的。”

Bernardinelli不得不设计新颖的算法，通过连接DES图像中的点来识别移动的天体，从而帮助确定是否存在TNOs。然后，研究人员将他们的运动识别算法与已知的TNOs进行了验证，并确认他们可以过滤掉虚假的天体。

起初，Bernardinelli只分析了DES数据的一小部分。但当他将算法应用于其余数据时，他预计会发现多达500个或更多的TNOs。然后，如果将同样的方法应用于未来更灵敏的巡天数据，例如新的Vera C. Rubin天文台，该团队预计新发现的TNOs将达到数千个。有了这些数据，天文学家们或许最终能够明确回答我们的太阳系是否在其遥远区域藏匿着一颗巨行星。

“这是一个绝佳的例子，说明一个为天文学的一个领域——研究宇宙膨胀历史——而设计的巡天，也能在完全不相关的领域产生伟大的科学成果，”瑞典隆德大学的理论天体物理学家Alexander Mustill告诉《Astronomy》。

这项新研究于3月10日发表在《天体物理学期刊增刊》上。

第九行星的问题

仍在搜寻第九行星的Batygin称这种寻找TNOs的新方法是“一个绝妙的主意”，并补充说这项研究发现了可能被忽视多年的新天体。

Planet Nine — 假想中的第九行星被认为是一颗超级地球或亚海王星，其轨道可能比矮行星冥王星的轨道远太阳数倍。（来源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)）
NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

不幸的是，新发现的天体目前还无法对第九行星得出任何结论。研究人员发布了早期分析结果，考察了七颗新发现的eTNOs的轨道是否支持指向第九行星的聚集模式，但到目前为止，他们一无所获。

“如果这是第一个数据集，那么没有人会提出第九行星的假说，因为（在新eTNOs的轨道中）似乎没有聚集现象，”Sako说。然而，他补充说，这也不能排除第九行星的存在。他们的方法可能会发现其他确实支持假定第九行星的eTNOs——甚至可能发现第九行星本身。

科罗拉多大学博尔德分校的天文学家Ann-Marie Madigan说：“TNOs很难探测，所以我们发现的每一个，都告诉我们那里存在着一个更庞大的潜在天体群体。”她说。我们发现的TNOs越多，我们就能越能判断是否存在第九行星的证据。或者，正如Madigan自己关于非常遥远天体的集体引力理论所提出的那样，这消除了对第九行星的需要。