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太阳系中黑暗冰冷天体的集体力量

我们太阳系的最外层是一个奇怪的地方——充满了黑暗和冰冷的天体,它们被称为塞德娜、拜登和地精,每个天体的直径都有几百英里。

科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)研究人员的两项新研究可能有助于解决关于这些遥远世界的最大谜团之一:为什么这么多行星没有按照它们应该的方式围绕太阳旋转。

这些奇怪的行星被科学家们称为“分离物体”,它们的轨道在太阳系平面上倾斜和弯曲,还有其他不寻常的行为。

“这个空间区域,比我们星系中的恒星和其他我们可以很好地观察到的东西离我们要近得多,对我们来说是如此的未知,”CU Boulder天体物理和行星科学系(APS)的助理教授Ann-Marie Madigan说。

一些研究人员认为,这可能是某种大的东西造成的,比如一颗未被发现的行星,被称为“行星9”,它的尾迹会分散物体。

但是Madigan和研究生Alexander Zderic更喜欢小一点的想法。借助详尽的计算机模拟,两位科学家得出结论,这些分离的物体可能已经破坏了它们自己的轨道——通过数百万年累积起来的微小引力推动。

马迪根说,这些发现为这个神秘的空间区域可能发生的事情提供了一个诱人的线索。

“我们是第一个能够重现所有东西的团队,这些年来科学家们看到的所有奇怪的轨道异常,”Madigan说,他也是JILA的一名研究员。“想到我们还有那么多事情要做,真是疯了。”

该研究小组于7月2日在《天文学杂志》和上个月在《天文学杂志快报》上发表了研究结果。

小行星的能量

马迪根补充说,研究外太阳系的问题在于它太黑了。

她说:“通常,观察这些物体的唯一方法是让太阳光线从它们的表面反射回来,然后再回到我们地球上的望远镜中。”“因为很难了解它的任何情况,所以人们认为它是空的。”

她是越来越多的科学家中的一员,他们认为这个空间区域远不是空的,但这并没有使它更容易被理解。

看看这些分离的物体。虽然太阳系中的大多数天体都倾向于在一个平的圆盘上围绕太阳旋转,但这些冰天雪地的星球的轨道却像跷跷板一样倾斜。许多也倾向于只聚集在夜空的一片区域,有点类似于只指向北方的罗盘。

Madigan和Zderic想找出原因。为了做到这一点,他们求助于超级计算机,以比以往任何时候都更详细的方式重建或模拟太阳系外部的动力学。

同样来自APS的Zderic说:“我们模拟了一些可能曾经存在于太阳系外的东西,并加入了像木星这样的巨大行星的引力影响。”

在这个过程中,他们发现了一些不寻常的现象:在他们的模拟中,冰状物体像正常的一样绕着太阳运行。但后来,随着时间的推移,它们开始互相拉和推。结果,它们的轨道变得越来越不稳定,直到最终与真实的行星相似。最值得注意的是,它们都是自己完成的——小行星和小行星不需要一个大行星就能把它们甩出来。

“单独来看,这些小天体之间的引力相互作用都很弱,”马迪根说。“但如果你拥有足够多的智能手机,这就变得很重要。”

地球乘以20

研究结果还附带一个重要警告。为了使Madigan和Zderic的“集体引力”理论奏效,外太阳系曾经需要包含大量的物质。

“你需要的物体的质量加起来相当于20个地球的质量,”马迪根说。“这在理论上是可能的,但它肯定会与人们的信仰发生碰撞。”

无论如何,科学家们很快就会发现。一个名为Vera C. Rubin天文台的新望远镜计划于2022年在智利上线,并将开始向这片未知的空间发射新的光线。

“最近人们对外太阳系的迷恋与技术进步有关,”Zderic说。“你真的需要最新一代的望远镜来观察这些天体。”

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