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流浪行星:太陽系附近的遺失之子,誰會成為太陽系的第九大行星?

2024-01-17科學

太陽系中有多少顆行星?這個問題看似簡單,卻沒有一個確定的答案。大多數人可能會說有八顆,因為冥王星在2006年被降級為矮行星,不再被認為是太陽系的一員。但是,如果我們把視野擴大到太陽系的邊緣,或許會發現一些驚人的事實。在太陽系的外圍,可能存在著一些神秘的行星,它們不圍繞任何恒星執行,而是自由漂浮在星際空間中。這些流浪行星或許是太陽系的遺失之子,也或許是來自其他星系的客人。它們的存在對我們的認識和探索都有著重要的意義。


流浪行星,又稱自由漂浮的行星(FFP),是指行星大小的天體,不受任何恒星的重力束縛,而是在銀河系中自由漂浮。它們可能是由與任何恒星無關的氣體團塊形成,也可能是在恒星周圍形成,但後來被其他天體的攝動或碰撞而甩出原來的軌域。流浪行星的存在在理論上已經被預測,但直到最近才被觀測到。

占士·韋伯太空望遠鏡(JWST)是一台將於2021年發射的紅外太空望遠鏡,它的主要目標之一就是尋找和研究系外行星。JWST已經發現了銀河系及更遠地區的數百顆流浪行星,其中最引人註目的是一對木星大小的行星,它們位於獵戶座的一個恒星形成區域,距離地球約1300光年。這兩顆行星可能是由同一個氣體團塊形成,然後被某種機制分離開來,形成了一個雙行星系統。根據模擬顯示,大多數流浪行星可能與火星一樣大,或者更小。

流浪行星雖然沒有固定的母星,但並不意味著它們就沒有家園。有時候,它們會被其他恒星的重力吸引,從而被捕獲為該恒星的行星。這樣的情況在太陽系中也可能發生過。在【天體物理學雜誌快報】上的一項新研究中,一位研究人員提出,我們自己的太陽在形成的早期,可能也吸引了一些巖石質的流浪行星。

為了驗證這一假設,該研究的作者、普林斯頓大學天體物理學博士候選人、該大學星際天體研究專案主任阿米爾·西拉傑使用了幾個基於對流浪行星的觀測數據而建立的模型或方程式組,進行了大量的數值模擬。他假設我們的太陽在誕生時,有1/50的機率捕獲一顆流浪行星,這是一個保守的估計。他還假設太陽的誕生環境非常擁擠,這使得行星捕獲更加困難。經過一億次模擬,他發現,太陽可能捕獲了兩顆質素類似火星的行星,或者三到五顆質素與水星相似的行星。

這些被捕獲的流浪行星可能距離太陽大約1400個天文單位(AU),一個AU是地球和太陽之間的距離,約為1.5億公裏。這意味著這些行星位於奧爾特雲的內緣,奧爾特雲是一個假設的、巨大的氣泡,由數十億個冰冷的山體大小的物體組成,將太陽系包裹起來。奧爾特雲的外緣距離太陽約10萬AU,相當於太陽和最近的恒星比鄰星之間距離的一半。

新提出的行星與另一個假想的行星沒有關系,那就是行星X,也被稱為第九行星。行星X是一種理論上存在的類似海王星的世界,它可能距離太陽約43AU,也就是海王星軌域的兩倍多一點。行星X的存在是根據對凱伯帶中一些小行星奇怪軌域的觀察而推測出來的,凱伯帶是一個從海王星延伸到奧爾特雲的甜甜圈狀冰體區域。行星X的質素可能是地球的十倍,它的重力可能影響了凱伯帶中一些小行星的運動,使它們形成了一些異常的軌域。然而,行星X目前還沒有被直接觀測到,它的存在仍然是一個有待證實的假說。

盡管捕獲的地球世界可能比行星X更像地球,但它們是否適合作為宜居房地產仍然是一個未知數。雖然水可能以冰冷的面膜形式存在,但陽光將「非常微弱 - 與地球上的月光亮度相當,」Siraj說。但是,由於這些行星來自其他恒星系統,因此是系外行星,未來研究系外行星的太空任務可能會以它們為目標。

然而,找到新提出的行星將比辨識行星X更加困難,因為它們比擬議中的行星小得多,也更遙遠。Siraj認為,智利正在建設中的Vera C Rubin天文台計劃於2025年投入使用,可以辨識出一個位於700AU以下的前FFP,但他指出,前提是「它在南方的天空中,離我們足夠近,反照率足夠高」,或者能夠反射照亮它的光線