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在我们居住的太阳系,已知的六个最遥远的天体(之所以不称为行星,是因为冥王星已经不在九大行星之列了)的运行轨道,都神秘地排列在同一个方向上。更神秘的是,这些天体轨道倾角与太阳系平面几乎一致。
为什么会这样?
加州理工学院的康斯坦丁·巴特金和迈克·布朗已经证明,只有在遥远的偏心轨道上存在一个地球10倍质量的天体,其引力与上述六大天体反对齐,才能维持这种让人无法理解的结构。
于是,这场针对“第九行星”的寻找成了天文物理学的重大课题。
01原生黑洞
科学家已经发现,在太阳系外围的柯伊伯带(KBOs),有一些天体的运行轨道很不寻常。这些异常轨道意味着,在距离太阳约500个天文单位的猎户座方向上有一个比地球质量大几倍的天体存在。
人们用各种方法对神秘的“第九行星”进行探测,但由于距离实在太远,搜索没有结果。这并不奇怪,因为在那么远的距离上,即使是一颗巨大的、反射性地行星,也几乎不可能被用于大面积观测的广角望远镜探测到。
“第九行星”的搜寻无果,也让不少科学家推测另一种可能,那就是:“第九行星”不是一颗行星,而是一个比你的拳头还要小的黑洞。
2019年,英国杜伦大学的加库波·舒尔兹和美国芝加哥大学的詹姆斯·尤文就明确提出了这个让人不敢相信的观点。他们认为,扰乱柯伊伯带天体轨道的引力场来源,就可能是一个数十亿年前被太阳捕获的原生黑洞。
02微型探测器
假想必须用技术手段进行验证。科学家就“第九行星”的探测提出了很多方法。
美国普林斯顿大学的爱德华·威滕说,虽然“第九行星”无法用望远镜观测到,但通过向“第九行星”发射数百或数千个轻型探测器的方式,可以探测到猜测中的原生微型黑洞。
这种提议属于“突破星击”探测范畴,当然手段比较温和。威滕认为,可以用设置在地球上的激光阵列,将超轻型(大约1克)的探测器的速度提高到光速的20% (0.2 c),用20年时间,将探测器送到半人马座的阿尔法星。威滕还估计,如果使用类似的系统,如果有更大的探测器(大约100克) ,可以在0.001摄氏度的温度下飞行10年,到达500个天文单位以外的地方。这个想法需要一个小型化壮举,但速度可以达到美国宇航局新视野号冥王星探测器速度的20倍。
在向假想的黑洞方向上散射大量这样的探测器后,一小部分幸运的探测器可能会在几十个天文单位的距离内通过,并在这个过程中稍微加速。如果探测器定期向地球发送定时信号,黑洞的引力场将导致脉冲间隔时间延长。根据威滕的计算,要使用这种方案来探测黑洞,探测器的定时测量需要在一年的时间里精确到大约10的-5次方秒。
依靠现有的技术,我们制作的原子钟完全可以达到这个精度,但有一个很大的问题,那就是怎么把原子钟塞进100克的航天器里。对此,威滕也承认,“目前还远不清楚这种方法是否切实可行,也不清楚即使切实可行,它是否是最佳方式。”
03横向挠度
作为对威滕提议的回应,美国马里兰大学的斯科特·劳伦斯和兹瓦·罗戈辛斯基开发了一种替代方法。
这个方法不再需要机载计时系统,而是依靠探测由黑洞引起的探测器轨道的横向偏移来实现。威滕方案中的加速度只在探针靠近黑洞时才起作用,但劳伦斯和罗戈辛斯基所考虑的横向位移是永久性的,并且可以随着时间积累。两人的计算结果显示,在500天文单位的距离上,1000公里的位移大约需要几年的时间就能积累起来,而且使用基线干涉测量探测器可以实现在地球上探测到这个位移。
这个方法虽然绕过了机载原子钟的需求,但如何让探测器传输甚至仅仅反射这些信号,却成了另一个重大的挑战。
04通往第九行星之路
这两种方法提供了很大的想象空间,但不可否认,这两种方法可能最终都毫无意义。韩国天文学与空间科学研究所的Thiem Hoang和美国哈佛大学的亚伯拉罕·李博就指出,这两个方案实际上都基于微型航天器只受重力影响的假设,但实际上,不均匀星际物质的阻力和电磁力会扰乱探测器的运动轨迹,以致于覆盖来自黑洞的信号,使得探测结果严重失真。
预测“第九行星”存在的两位科学家之一,迈克·布朗也认为,这两个方案很有趣,但最终可能会没有必要。“我通常喜欢这些想法,但没有任何理由认为第九行星是一个黑洞,”布朗说,“我们仍在努力寻找。 如果我们在任何一次专门的搜索中都没有发现第9行星,我怀疑它会很快出现在 LSST(大型综合巡天望远镜空间站,现在称为Vera c Rubin天文台)上,尽管我无法确定什么时候会发生。”
(本文作者:英国自由科学作家马里克·斯蒂芬斯 本文编译:消防工程师独门口诀)