“柯伊伯帶”的冰芯
根據一些天文學家的假設理論，位於太陽系最遠外圍的一些天體之所以具有奇特的運行軌道是由於一顆未知的第九大行星的作用而造成的。然而，據《天文學雜誌》最近刊發的一篇研究論文稱，一組來自英國劍橋大學（University of Cambridge）和黎巴嫩貝魯特美國大學（American University of Beirut，簡稱AUB）的研究人員認為，這一現象實際上可以用在海王星外圍、繞太陽運行的小天體引力的合力作用來加以解釋。他們的理論涉及到一個其總質量是地球10倍、由小型冰體構成的塵埃盤。這是針對所謂的“第九大行星”假說提出的另一套解釋方案——當與太陽系的簡化模型相結合時，所假設的塵埃盤的引力可以被用於解釋太陽系外圍某些天體為什麼會呈現出不同尋常的軌道結構。
儘管這一最新理論並不是第一個因小型天體構成的大質量塵埃盤的引力而排除太陽系第九大行星存在可能的理論，但是如果要把太陽系八大行星的質量和重力作用同時考慮進來，用以解讀所觀測到的這些天體軌道的重要特性，這一理論還是包含了前所未有的開創性。
在位於海王星運行軌道之外的區域環繞著一條“柯伊伯帶”（Kuiper Belt），它是由太陽系形成過程中遺留下來的小型天體所組成的。海王星和其他巨行星的引力作用影響著柯伊伯帶內外的天體，這些天體統稱為外“外海王星天體”（trans-Neptunian Object，簡稱TNO），它們幾乎是從各個方向、以近乎圓環形的路徑環繞著太陽。然而，天文學家的觀測結果中出現了一些神秘的異常值。自2003年以來，他們一共發現了約30個具有高度橢圓形狀軌道的TNO——它們的共同特徵是它們的空間方向基本均勻一致，其軌道形態在其他TNO中顯得鶴立雞群。由於這簇群聚現象無法用我們現有的八大行星的太陽系結構理論來解釋，因此一些天文學家提出假設：它們不尋常的軌道可能是受到了尚不為人知的第九大行星存在的影響。據該“第九大行星”的理論假設闡述，這些TNO不尋常的軌道也許意味著存在另一個比地球質量大10倍的行星，這顆潛伏在太陽系遙遠邊際的星球通過其自身引力及其太陽系其他行星的共同作用像牧羊人一樣將這些TNO朝同一個方向上牽引。
AUB的Jihad Touma教授和他以前的學生、該論文的共同作者、現為劍橋大學應用數學和理論物理系博士生的Antranik Sefilian對這些TNO的空間動力學狀況進行了建模分析，在實驗中，他們著重研究了該模型在受到海王星軌道外一顆巨型外圍行星和一個巨大而廣闊的塵埃盤的共同作用下的反應和表現。他們發現，該模型可以解釋為什麼一些TNO的運行軌道在太空中會發生令人困惑的聚簇成群的現象。在實驗過程中，他們成功地測出了塵埃盤的質量範圍、“圓度”（或偏心率）以及其被迫逐漸改變其方向的程度（或旋進率），而這些變化的幅度會忠實地反映在TNO軌道的異常值上。
之前的研究中，人們也曾試圖估算海王星以外所有天體的總質量，但是當時的結果加起來也只有地球質量的十分之一左右。然而，為了讓這些模型中的TNO在沒有“第九大行星”的情況下，吻合所觀測到的實際軌道路徑，Sefilian和Touma所提出的模型要求柯伊伯帶的總質量應該是地球質量的幾到十倍。Sefilian最後指出：“也有可能這兩個假設——一個巨大的塵埃盤和第九大行星——都是成立的。在未來，每多發現一個新的TNO，我們就能收集更多可能有助於解釋它們表現與特性的觀測證據。”
<strong>編譯：朱明逸 審稿：阿淼 責編：唐林芳
<strong>原文鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-01/uoc-moi011819.php
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