冥王星降級事件之後續演變──第九行星爭霸戰 Pluto Downgrading Event - The Battle for the Ninth Planet

2006年全球皆知的重大新聞「冥王星降級事件」竟然學起台灣連續劇的歹戲拖棚,不斷有人想要翻盤、否定與取而代之!這在天文界可說是難得一見的爭霸戰。冥王星若有人性,不知會不會因此而心情起伏不定?請看以下各場戰役之摘要:

2010年12月16日:引發冥王星降級的鬩神星竟然被發現比之前估計的還小?這意味著:冥王星重奪太陽系外圍古柏帶(Kuiper Belt)中最大天體的寶座;如果這是真的,那麼再延伸之後的意義是:冥王星是否可重回「行星」家族?

由於天文學家Marcelo Assafin等人預測2010年11月6日在智利北部安地斯山脈一帶可以見到鬩神星掩星,位於鯨魚座。有三組天文學家只利用中型望遠鏡,就捕捉到鬩神星掩過這顆17等星的情景。另兩組在阿根廷的觀測則未觀察到恆星被掩。

第一組比利時列日大學(University of Liège) Emmanuël Jehin等人利用智利La Silla天文台的60公分TRAPPIST望遠鏡進行觀測,每幅影像間隔4.5秒,其中有7幅影像中的17等恆星因被掩而消失不見,因此整個掩星過程大約持續27秒左右。

第二組Sebastian Saravia、Alain Maury和Caisey Harlingten則在La Silla天文台以北約740公里、智利北境的聖佩德羅星空探索天文台(San Pedro de Atacama Celestial Explorations Observatory),利用Harlingten的50公分PlaneWave望遠鏡進行觀測,恆星消失了76秒

第三組則由西班牙安達魯西亞天文物理研究所(Institute of Astrophysics of Andalusia) Jose-Luis Ortiz負責遠端遙控位在智利La Silla天文台以北約740公里的SPACE觀測站中的40公分望遠鏡進行觀測,此影片可觀看掩星過程

這是目前為止觀測到的最遠掩星事件,這讓這些天文學家得以從鬩神星影子掠過地球表面的兩條線來計算直徑,不過前提是鬩神星為對稱球形。考慮最大誤差後,所得之鬩神星半徑仍小於1170公里,甚至可能還要下修50公里左右。這個估算結果,比冥王星估計的最小半徑1172±10公里稍小一些,或至少是幾乎一樣大,這與發現鬩神星的Mike Brown於2年前估算比冥王星大一點的結果不同。測量太陽系外圍天體大小是非常困難的事,但經過精確計時的掩星法卻可提供一個很精確的答案,這點連Brown都不否認。

在2005年Brown利用哈伯太空望遠鏡估算鬩神星半徑也只有1200公里,僅比冥王星大5%,但鬩神星比冥王星還遠3倍,盤面很難清楚解析,使資料含有不確定性。除了可見光波段外,另有天文學家利用史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)以紅外波段觀測所得的鬩神星半徑約1300公里;西班牙IRAM電波望遠鏡觀測結果則為1500公里。然而,鬩神星的自轉軸幾乎恰好指向太陽,使得鬩神星北半球一直處在陽光照耀的加溫狀態,溫度比平均溫度高,因此紅外測量值會比真實狀況高。

從繞鬩神星公轉的鬩衛一(Dysnomia)計算出的鬩神星質量大約是冥王星的125%,這是很確定的。所以如果掩星結果正確,那麼鬩神星的密度將為2.5 g/cm3以上,表面反照率則至少為90%。Brown表示:如果1年前告訴他鬩神星的密度和反照率都高到這種地步,他一定會覺得很荒謬。但今年初Brown和同僚觀測到另一顆古柏帶天體夸奧爾(Quaoar)基本上是個緻密的岩質天體,平均密度達3 g/cm3以上,因此對於鬩神星的這個新發現,雖仍未確定,但至少在他能接受的範圍內。不過這也與現行太陽系理論認為被拋到外圍的多半是含冰量多的天體有所矛盾。

除了計算星體大小之外,掩星法還可用來探測星體有無大氣層;然而這次所有觀測團隊都對此問題不置可否。從高反照率以及遙遠距離來看,這個天體表面僅能吸收極少量陽光,無法讓表面冰層蒸發;但天文學家卻曾在1988年冥王星掩星事件中發現冥王星有很稀薄的大氣層。對於這樣的差異,天文學家還得好好的思考了。


2016年1月21日:海王星外天體 Trans-Neptunian object,以前常被稱為Planet X,這是因為海王星位置與理論不完全吻合,所以大家想找出影響其軌道的未知行星,於是找到了冥王星:曾經號稱第九大行星。但仍然有人宣稱更遠的地方有"第十大行星",每隔幾年就會有類似新聞出現,找出一堆古柏帶小天體,還導致冥王星被除名降級成矮行星。看來人類似乎很需要一顆第九行星,因為這種新聞現在再度出現

最近有天文學家認為有證據能推論在冥王星外有一顆像海王星這麼大的行星,以15000年的周期繞太陽運行!加州理工學院的行星科學家Konstantin Batygin和Mike Brown(沒錯,就是那個在2005年發現鬩神星的「冥王星殺手」)將六個近日點相互靠近的古柏帶天體以電腦模擬,發現這只有0.007%的機會是巧合,最有可能的解釋是有一顆10倍地球質量的行星像牧羊犬一樣,讓它們的近日點有群聚的現象。不過,這終究只是推論。


2017年2月22日冥王星翻身的機會又來了!科學家想從天體的物理本質來定義「行星」,如果這項建議通過,那麼不僅冥王星將翻盤,連穀神星等矮行星、月球和凱倫(Charon)在內的110個天體都會被列入行星家族,幾乎包括所有比太陽小的「圓形」天體。

冥王星自1930年發現後,便不斷有是否為行星的爭議,最終在2006年表決將它改列為「矮行星」。不過行星與矮行星之間並沒有明確的分界,行星的唯一明確定義只是繞太陽公轉。現在科學家K.D. Runyon等人指出行星新定義,可同時滿足科學歸類和大眾直覺,一次解決持續近百年的行星爭議。

他們的行星定義為:亞恆星質量天體,沒有核融合反應,但自身重力足以讓它形成接近球形,意即「只要比恆星小的圓形天體」就是。這定義著重在行星本身的物理本質,而不是它與其他天體交互作用關連。有約110個太陽系天體都符合,包含了冥王星等矮行星與許多繞行星公轉的衛星。


2017年7月3日:人們對第九行星似乎特別執著,好不容易找到了,卻又把它降級,降級之後又有人努力爭取一群球體一起升級,或是繼續找更大顆、就算看不到也要推測出一顆來。現在,卻有人說這種推測有問題?科學家你搞得我好亂啊!

原本推測的想像中,第九行星潛伏在太陽系邊緣,約為地球的10倍重,可以解釋目前觀測到的數個遙遠小天體分布。理論是2014年就已提出,不過以現有的觀測技術,很難看得到。

現在有個「外太陽系起源巡天計畫」(the Outer Solar System Origins Survey,OSSOS)研究團隊認為,這顆行星只是一個統計學巧合的假像,如果用不同角度來推論,第九行星就不需要存在。這個計畫從2013年開始,且校正非常完整,所以能夠提供機會驗證第九行星假說。

他們找到超過830顆海王星外天體,有非常準確的軌道量測,包括觀測方向及深度上的偏差,因此能夠準確估計這些遙遠天體的分佈。觀測偏差對於海王星外天體來說非常嚴重。時間偏差沒有校正,會有誤導的嫌疑。

研究團隊利用偏差量測去校正八顆軌道類似Michael Brown團隊設定條件的天體,結果發現不用第九行星存在,就能夠解析目前觀測。不過 Michael Brown對此表示,觀測誤差並不能解釋目前的軌道分布,兩個團隊都對,只是採用不同觀測資料及方法進行分析。


2018年9月28日:一年多前科學家想藉由提攜小星體同步升級,讓冥王星重獲行星地位,這次則出現一記狠招,竟然是把大家一起拉下來:「我沒辦法當行星的話,你們一個也別想!」你看看,是不是跟宮廷鬥爭劇的台詞一模一樣?

美國中佛羅里達大學(University of Central Florida,UCF)行星科學家Philip Metzger提出最新研究成果,認為應該回復冥王星的行星地位。因為根據IAU在2006年的行星定義第三項:清除軌道鄰近區域的物質,其「清除」的意義就是這顆行星必須是這個軌道上重力最強的天體。然而,Metzger等人審視過去200年間科學著作,發現只有1802年有一篇論文提到「清除軌道為行星必要條件」,而且這個說法並沒有科學證據,只是作者自身的推論。

其實自伽利略時代以來,科學家便常稱土衛六泰坦(Titan)和木衛二歐羅巴(Europa)這樣的衛星為「行星」。Metzger批評IAU的行星定義不夠嚴謹,沒有明確指出清除軌道的意義。如果真的照IAU的定義,那麼根本不會有「行星」這種天體,因為連現有已知的行星都沒辦法完全清除它軌道上的其他天體。

Metzger表示行星應該基於其本質的特性,而不是那些會變動的因素。例如軌道這種持續變動的因子,只是天體某段時期的表現模式,不適合拿來描述天體的基本性質。成為行星的條件,應該是基於它是否夠大,讓重力使得這個天體成為球形,這是不會隨時間改變的物理因子,且是行星演化的重要分野,因為只要超過這個臨界點,天體的地質活動便會開始活躍。

冥王星有地底海洋,有著多個分層的大氣層,擁有有機化合物,曾有古代湖泊的證據,還有多顆衛星,比火星還要活躍,是地球之外太陽系地質活動最複雜的天體。


2019年1月26日:話說冥王星自從被打入冷宮變成矮行星,就一直有人企圖幫它翻盤,冥王星還趁新視野號飛過時趕緊獻上一顆愛心給大家看。然而,第九行星之位早就有人覬覦,多批人馬日以繼夜長期搜索,想要藉由狹長橢圓軌道的海王星外天體來間接證實有未知的第九行星存在。

然而,另一派卻發現這種推測理論有些缺點,例如它沒有計入太陽系其他行星引力影響、只受單個星體影響的話軌道有點過於偏心、甚至認為只是統計上巧合而已。於是,又有人想到新的解釋:如果沒有單一的一顆行星,只是有個夠份量的物質盤,由許多小型天體構成,總合的引力就能導致那些海王星外天體出現不尋常軌道。這種新想法排除了巨大的第九行星可能性。

但是,覬覦派質疑:遙遠的古伯帶並沒有足夠質量來形成這種盤,要造成軌道異常,質量至少要地球的五倍以上,但目前觀測到的古柏帶所有天體加總起來只有地球質量十分之一以下。若有五個地球質量的物質盤,幾乎不可能保持40億年都完整無缺還不被發現,因為,一個環比一個奇異的行星更容易找到。另外這個盤存在的位置已超出合理的距離。

兩派之爭得靠未來更厲害的望遠鏡與觀測更多海王星外天體才有可能解決,然而他們都忘記了原先的擁冥派。若是擁冥派「圓形的都升級」方案成功,那麼未來就算發現推測中的巨大行星,也只能排名到100以外;若是「你們一個也別想」方案成功,那麼未來發現的巨大行星也別想。所以,冥王星本身的命運其實還是牽動著整個太陽系的未來,可千萬別小看了它的反撲!


2019年10月2日:雖然擁冥派企圖幫冥王星翻盤,還出書爆料2006年表決冥王星降級的黑暗秘辛,不過大勢已去,現在已由另一群候選者來競逐。藉由特異的海王星外天體來間接證實第九行星存在,是現在的流行趨勢。不過也有人質疑是統計上巧合、或認為只是物質盤。但現在竟然出現意想不到的強者中強者:跟宇宙一樣老的原始黑洞

以前根據許多海王星外天體軌道狀態算出應該有一顆「第九行星」影響它們,如今有論文提出這個「第九行星」也許是一個原初黑洞。原初黑洞在宇宙大爆炸後的極短時間內就出現了,並非是恆星塌縮形成,而是早期物質密度超高而自然形成,但從未有觀測紀錄。質量要大於1012公斤的黑洞才可保留至今。

如果這是真的,那麼這個黑洞不僅距離太陽超過100AU,且由於質量僅為地球五倍,故體積只有一個棒球那麼大。推測該物為黑洞的主因是最近的光學重力透鏡實驗(OGLE)中所發現的一系列重力異常現象,實驗是在天空尋找重力微透鏡現象,即在重力作用下短暫地聚焦它後面的背景恆星,使得背景恆星暫時變亮幾秒到幾年。

在五年內研究人員發現了六個奇特的重力微透鏡現象,這是只有在質量為地球的0.5倍至20倍物體經過時才會產生的,並非一般典型黑洞,但是這種原初黑洞的確可以像第九行星一樣影響海王星外天體們的軌道。雖然這只是一種可能,但也再度擴大了第九行星爭霸戰的格局。冥王星面對未來越來越多的對手,勝算是否越來越低?



參考資料:臺北天文館天文新知、臺北天文通University of Central Florida、Astronomy

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