冥外行星

冥外行星

冥外行星就是構想中存在於冥王星軌道外面的行星。許多科學家猜想冥王星軌道外面是否還有一顆比較大的、尚未被發現的大行星。它就是人們常說的“冥外行星”,太陽系第十大行星。

簡介

冥外行星冥王星
冥王星於1930年被發現之後,一致認為它的質量太小,不足以用來解釋海王星天王星運行位置中的偏差,於是,一些人考慮,冥王星軌道外面是否還有一顆比較大的、尚未被發現的大行星。它就是人們常說的“冥外行星”,太陽系第十大行星。

冥王星的發現者、美國天文學家湯博想用發現冥王星的辦法,即一片一片地檢查未知行星可能出現的天區的照相底片的辦法,來尋找冥外行星。他花費了7000小時,檢查了9000萬顆星像,獲得了許多意外收穫,就是沒有找到新行星。紐西蘭布萊克伯奇天文台的專家們於1900年3月至5月繼續尋找這顆“第8大行星”,他們一直認為這顆未知的行星可能有地球的3~5倍那么大,繞太陽1周約需1000年,它與太陽的距離約為冥王星與太陽距離的5倍。

到底是有沒有這顆未被發現的“第8大行星”?1991年11月各國天文學家在倫敦召開的“行星X國際研討會”上,多數人認為根本不可能形成另外的較大的行星。

冥外行星太陽系的行星
哥白尼提出日心說時,土星太陽系的邊界,後來隨著天王星、海王星和冥王星的發現,太陽系邊界一次次外延。然而從理論上說,太陽系的範圍應比現在的九大行星的範圍大幹百倍,甚至上萬倍。套用萬有引力定律,考慮天體在太陽引力和銀河系中心引力作用下的運動狀況,從理論上可以得出太陽系的幾種範圍:引力範圍4,500天文單位;作用範圍60,000天文單位;希爾範圍230,000天文單位。目前九大行星所占範圍(小於50天文單位)只有引力範圍的1.1%,不到希爾範圍的0.03%,顯然,這與太陽系應有的範圍極不相稱,表明存在冥外行星,甚至存在不只一個冥外行星的可能性是不小的。太陽系中是否還存在冥外行星?對此,天文學家做了十分浩繁和艱苦的工作。湯博在發現冥王星後的14年裡,一直在用發現冥王星的方法尋找冥外行星。他用閃視比較儀仔細檢查了362對底片(這些底片所覆蓋的面積大約為全天的70%),從每張底片中尋找可能存在的新行星。他發現了大量新天體,卻沒有冥外行星。科學家認為冥外行星如果存在,勢必會使飛近它的探測器受到攝動,其影響足可以在探測器的運行軌道中反映出來。然而旅行者號探測器在飛越過海王星和冥王星軌道之後,運行正常,沒有提供一點點證明未知天體存在的蛛絲馬跡。到底有沒有冥外行星,目前還是一個待解之謎。
冥外行星冥外行星

十九世紀中葉以來,就有人探討太陽系的邊界問題,特別是冥王星發現以後,科學家們紛紛探索是否存在冥外行星。尋覓方法主要從以下幾方面考慮:把行星分成兩群:①金星地球火星小行星木星;②冥王星、海王星、天王星、土星和 944號小行星。把相對應的行星(如金星與冥王星,地球與海王星,……)的公轉周期的日數取常用對數相加,其和都在7.34左右。如果水星與冥外第一行星也符合這一條件,則算出此冥外行星周期約677年,平均角速度為每天5奬24。
哈雷彗星在1835年和1910年過近日點都延緩三天,從公元295年到1835年的21次出現中,過近日點時刻有大約以500年為周期的變化,假定這是受一個位於冥王星軌道外的未知行星攝動的結果,則這個未知行星公轉周期的第一近似應為500年。
彗星的軌道分布的統計表明,彗星在太陽系中的分布有一定的規律性。有些人認為它們構成某些行星的“彗星族”,如木星族有彗星70多顆。在38.0~45.4天文單位空間內有1905Ⅲ等8顆彗星,稱為冥外第一彗星族,這8顆彗星都順行,軌道傾角較大,它們大致分成兩組和一顆單獨彗星,每組的近日點經度幾乎相同。同樣,還找到冥外第二、第三和第四彗星族,分別由5顆、4顆和5顆彗星組成,從而假定有4顆冥外行星。對於這種從行星的彗星族來預測未知行星的方法,雖然有不少人持有異議,但仍不失為一種獨特的方法。
通過計算發現海王星的成功經驗也啟發人們從天王星、海王星和冥王星的運動中尚不能解釋的部分去推算預言中的冥外行星。但計算結果表明,構想中的冥外行星的力學作用太小,難以得出確切結論。

行星的定義

冥外行星類地行星
行星通常指自身不發光的球體,環繞著恆星的天體(最新的發現表明,有些也沒有繞著恆星轉[來源請求])。一般來說行星需具有一定質量,行星的質量要足夠的大(相對於月球)且近似於圓球狀,自身不能像恆星那樣發生核聚變反應。2007年5月,麻省理工學院一組太空科學研究隊發現了宇宙中最熱的行星(攝氏2040度C)[1]。

隨著一些具有冥王星大小的天體被發現,“行星”一詞的科學定義似乎更形逼切。歷史上行星名字來自於它們的位置在天空中不固定,就好像它們在星空中行走一般。太陽系內肉眼可見的5顆行星水星、金星、火星、木星和土星早在史前就已經被人類發現了。16世紀後日心說取代了地心說,人類了解到地球本身也是一顆行星。望遠鏡被發明和萬有引力被發現後,人類又發現了天王星、海王星,冥王星(目前已被降級為矮行星)還有為數不少的小行星。20世紀末人類在太陽系外的恆星系統中也發現了行星,截至2007年7月,已有二百四十二顆太陽系外的行星被確定。

在2006年8月24日在捷克首都布拉格舉行星第26屆國際天文聯會上,表決了該會第5、6號共四份決議草案,分別把行星同時符合以下三點:

1、圍繞於恆星運轉(即公轉)
2、有足夠大的質量來克服固體應力,以達到流體靜力平衡的形狀(即近於球形)
3、已清空其軌道附近區域(即是該區域內最大天體,即以其自身引力把軌道兩側附近的小天體“吸引”成為自己的衛星)

搜尋方法

由於用天文儀器搜尋太陽系外行星的難度極大,天文學家一般採用間接的方法。下面介紹幾種主要的方法:

天體測量法(Astrometry)
天體測量法是搜尋太陽系外行星最古老的方法。這個方法是精確地測量恆星在天空的位置及觀察那個位置如何隨著時間的改變而改變。如果恆星有一顆行星,則行星的重力將造成恆星在一條微小的圓形軌道上移動。這樣一來,恆星和行星圍繞著它們共同的質心鏇轉。由於恆星的質量比行星大得多,它的運行軌道比行星小得多。

視向速度法(RadialVelocity)
視向速度法利用了恆星在行星重力的作用下在一條微小的圓形軌道上移動這個事實,目標現在是測量恆星向著地球或離開地球的運動速度。根據都卜勒效應,恆星的視向速度可以從恆星光譜線的移動推導出來。

凌日法(TransitMethod)

冥外行星凌日法
當行星運行到恆星前方的時候,恆星的光芒會相應減弱。光芒減弱的程度取決於恆星和行星的體積。在恆星HD209458的例子中,它的光芒減弱了1.7%。天文學家用凌日法發現了恆星HD209458的行星HD209458b。

脈衝星計時法(PulsarTiming)
通過觀察脈衝星的信號周期以推斷行星是否存在。一般來說,脈衝星的自轉周期,也就是它的信號周期是穩定的。如果脈衝星有一顆行星,脈衝星信號周期會發生變化。

重力微透鏡法(GravitationalMicrolensing)
重力透鏡效應來發現行星的方法。比如行星ogle-2005-BLG-390Lb就是用這種方法發現的。

系外行星

至2006年3月,人們在其他恆星身上一共發現了184顆系外行星,不少均擁有比木星高的質量。

也有一些行星,其體積比較小,例如脈衝星PSRB1257+12、天琴座μ星、巨蟹座55及GJ436均各自擁有與地球差不多質量的小型行星,而Gliese876一顆達地球質量6至8倍的行星,可能擁有岩石結構。

冥外行星一顆太陽系外行星想像圖
人們對新發現的大型系外行星仍未完全了解,大多估計其物質構成與太陽系的大型行星類似,又或是從未見過的大型氨行星或碳行星。值得注意的是,一些大型行星在極接近恆星的地方公轉,擁有近乎完美的圓形軌道,這些行星被稱為“熱木星”,它們比太陽系的大型行星接受更大量的太陽輻射,造成其表面溫度極高。也有一種熱木星,其大氣會被恆星的熱力逐步蒸發並流失,並以彗尾形態釋出,它們被分為Chthonian型行星。

太陽系外行星(Extrasolarplanet)是環繞其他恆星公轉的行星,長久以來,人們認為其他恆星和太陽一樣,均有行星環繞其恆星公轉,但一直未能證實。直至1992年PSRB1257+12被證實以來,至今已有百多個太陽系外行星被發現。這些發現增加了對外星人存在與否的問題提出了支持的觀點。

現時在其他恆星發現的行星大多是類似木星的氣體行星,有的質量甚至比木星還要大。質量較小的行星有脈衝星PSRB1257+12的三顆與類地行星相若的天體,以及位於天壇座μ星的一顆有14個地球質量的行星。

也有一種行星,沒有圍繞特定的恆星公轉,它們像是宇宙的流浪客,稱為星際行星(Interstellarplanet)。現時人們並沒有發現任何此類行星,只能靠使用電腦模擬來推測。

一顆太陽系外行星想像圖現時人類的科技僅能偵測質量較大、公轉周期較短的行星。但隨著科技的進步,更強的望遠鏡得以建造,在未來可望能發現更多質量較小及公轉周期較長的行星。

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