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新的太陽系第九行星又出現了!?這是真實抑或是虛幻的想像呢?

Y博士
・2016/01/22 ・2374字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

source:science
source:science

一早起來,打開臉書,除了昨晚 26臉書大戰的貼文,另一個熱門的貼文,就是「美國天文學家發現 X行星」,看到這個貼文我真是無比欣慰。事實證明,我的朋友水準很高,除了「爆料公社」之外,讓我可以跟上世界天文學的最新潮流,實在令人內牛滿面。特別是泛科學的 P編,第一時間貼出 nature的評論文章,讓我的景仰有如滔滔江水連綿不絕,又有如黃河氾濫一發不可收拾。喔,我是說對 nature寫文的該編。

究竟!這 個X行星是真實的存在,還是虛幻的糾葛,抑或是科學家的想像呢?!讓我斬釘截鐵的告訴各位,X行星尚未發現,同志仍須努力。

回顧世界天文學史,1781年英國天文學家威廉赫歇爾爵士發現天王星,不久之後天文學家發現天王星的軌道並不如預測,並且推測天王星是受到另外一個未知行星的重力影響,根據這個影響,1846年,海王星被發現。Again!天文學家發現海王星對天王星的重力影響又不如預期,所以天文學家又推測海王星軌道之外應該還有一個行星。是的,最後發現的就是冥王星。

古柏帶。source:wikimedia
古柏帶。source:wikimedia

BUT,人生最重要的就是這個 BUT。1990年代,因為天文望遠鏡和偵測器的快速發展,天文學家在冥王星的軌道附近發現越來越多的天體,後來才知道,原來海王星軌道之外,充滿了許多小型天體,而冥王星只是其中之一。這一個區域被稱為「古柏帶」。天文學家在海王星軌道之外發現很多大小跟冥王星類似的星體,例如鬩神星(Eris)體積雖然比冥王星小,但質量就比冥王星大。於是,2006年國際天文聯合會通過決議,冥王星被降級成「矮行星」。(編按:可以至科學史上的今天看這一段令人悲催的故事:冥王星自九大行星除名

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好的,前情提要完畢,現在終於要進入正題。

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宣稱有X行星存在的,是兩位加州理工的天文學家,貝特金(Konstantin Batygin)和布朗(Mike Brown)。他們找出六個軌道特殊的古柏帶天體,從這張圖可以看出來,這六個矮行星的近日點似乎都在同樣的一個方向。另外一點,這六個矮行星都是由不不同的望遠鏡發現的,可以排除觀測上的系統誤差。兩位作者把這些軌道參數輸入,並且利用電腦模式計算,得出的結論就是:應該存在另一個行星,質量大約是地球的七倍,公轉一圈要一萬五千年的時間

就是這個X行星,影響了這六個矮行星的軌道。而且兩位作者還建議可以利用夏威夷毛那碁峰上的「Subaru昴」望遠鏡(日本國家天文台)進行觀測。根據兩位作者的說明,這六個矮行星的軌道因為巧合所造成的可能性是0.007%,換句話說,因為外力造成的概率高達99.93%。

source:science
source:science

但是,問題就在這個「外力」是什麼?兩位作者認為,是有一個X行星的存在。但是別忘記,天文學家必須「眼見為憑」,雖然兩位科學家的研究相當充分,在還沒發現這個X行星之前,電腦模擬的結果仍然只是一個可能的解釋。也許,還有更多位於古柏帶的天體還沒被發現,而這些尚未被發現的天體也許能夠解釋這六個矮行星的奇特軌道。

總之,貝特金和布朗提出了一個相當傑出的理論,可以解釋六個矮行星的軌道,甚至預測X行星的存在。現在要證明這個理論的對錯,就是開始收集資料,用觀測的證據來說話,有鑑於此,NASA今天也在臉書上貼出一段影片,解釋了行星探索的來龍去脈。各位觀眾,請看VCR!

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話說回來,發表結果的這兩位天文學家,在業界可以算是赫赫有名。第一作者姓貝特金,名字剛好跟驅魔神探一樣,叫做「康斯坦丁」,可惜他不驅魔,專治大學生。年紀輕輕已經是加州理工學院的助理教授,從小就是天才兒童,根據可靠消息來源指出,出paper就跟喝水一樣容易。而第二作者,麥克.布朗,近年發現許多冥王星軌道附近的大型天體,包括鬩神星Eris,冥王星之所以從行星除名,大概他也脫不了關係。而他的推特帳號,就是「冥王星殺手plutokiller」。

source:Science
左邊是布朗,右邊是貝特金。source:Science

然而,這一篇文章,並不是發表在科學界指標刊物Nature、Science,也不是發表天文物理學界最頂尖的雜誌。再者,這一篇文章尚未完全審查完畢。居然引起如此大的迴響,真的是讓人始料未及。根據線報,昨天在加州理工的SNG車,跟報導加州地震時的數量差不多。

簡單的來說,這是一個尚未被證實的科學結果,未來也有可能受到新觀測證據的挑戰。而今天卻登上大大小小的版面,不管是自我宣傳還是科普宣傳,兩位作者的確達成戰略目標。畢竟大眾的關注越多,得到研究經費的機會就越大,也越能夠支持未來的研究。美國太空總署,就深明此道。2015年兩部科幻電影《星際效應》和《絕地救援》上映之後,NASA的經費大幅地增加。

反觀國內,科學家、行政體系與大眾之間仍然存在巨大的落差。在台灣認真研究,取得重大科學成果後,積極向大眾說明並盡力科普的研究機構不少,一般大眾也大多歡迎這一類的新知,但是上層行政體系的質疑聲浪從不間段,認為科學家不該愛出鋒頭,應該惦惦甲三碗公,這實在令人感慨萬千。兩相對照,我還衷心的期盼,來自行政體系的阻力不要澆熄科學家走向大眾的熱情,科學進展應當與全體納稅人共享才對。

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參考資料:

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Y博士
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天文學家。

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LDL-C 正常仍中風?揭開心血管疾病的隱形殺手 L5
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/06/20 ・3659字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 美商德州博藝社科技 HEART 合作,泛科學企劃執行。

提到台灣令人焦慮的交通,多數人會想到都市裡的壅塞車潮,但真正致命的「塞車」,其實正悄悄發生在我們體內的動脈之中。

這場無聲的危機,主角是被稱為「壞膽固醇」的低密度脂蛋白( Low-Density Lipoprotein,簡稱 LDL )。它原本是血液中運送膽固醇的貨車角色,但當 LDL 顆粒數量失控,卻會開始在血管壁上「違規堆積」,讓「生命幹道」的血管日益狹窄,進而引發心肌梗塞或腦中風等嚴重後果。

科學家們還發現一個令人困惑的現象:即使 LDL 數值「看起來很漂亮」,心血管疾病卻依然找上門來!這究竟是怎麼一回事?沿用數十年的健康標準是否早已不敷使用?

膽固醇的「好壞」之分:一場體內的攻防戰

膽固醇是否越少越好?答案是否定的。事實上,我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(High-Density Lipoprotein,簡稱 HDL)和低密度脂蛋白( LDL )。

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想像一下您的血管是一條高速公路。HDL 就像是「清潔車隊」,負責將壞膽固醇( LDL )運來的多餘油脂垃圾清走。而 LDL 則像是在血管裡亂丟垃圾的「破壞者」。如果您的 HDL 清潔車隊數量太少,清不過來,垃圾便會堆積如山,最終導致血管堵塞,甚至引發心臟病或中風。

我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)/ 圖片來源:shutterstock

因此,過去數十年來,醫生建議男性 HDL 數值至少應達到 40 mg/dL,女性則需更高,達到 50 mg/dL( mg/dL 是健檢報告上的標準單位,代表每 100 毫升血液中膽固醇的毫克數)。女性的標準較嚴格,是因為更年期後]pacg心血管保護力會大幅下降,需要更多的「清道夫」來維持血管健康。

相對地,LDL 則建議控制在 130 mg/dL 以下,以減緩垃圾堆積的速度。總膽固醇的理想數值則應控制在 200 mg/dL 以內。這些看似枯燥的數字,實則反映了體內一場血管清潔隊與垃圾山之間的攻防戰。

那麼,為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。我們吃下肚或肝臟製造的脂肪,會透過血液運送到全身,這些在血液中流動的脂肪即為「血脂」,主要成分包含三酸甘油酯和膽固醇。三酸甘油酯是身體儲存能量的重要形式,而膽固醇更是細胞膜、荷爾蒙、維生素D和膽汁不可或缺的原料。

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這些血脂對身體運作至關重要,本身並非有害物質。然而,由於脂質是油溶性的,無法直接在血液裡自由流動。因此,在血管或淋巴管裡,脂質需要跟「載脂蛋白」這種特殊的蛋白質結合,變成可以親近水的「脂蛋白」,才能順利在全身循環運輸。

肝臟是生產這些「運輸用蛋白質」的主要工廠,製造出多種蛋白質來運載脂肪。其中,低密度脂蛋白載運大量膽固醇,將其精準送往各組織器官。這也是為什麼低密度脂蛋白膽固醇的縮寫是 LDL-C (全稱是 Low-Density Lipoprotein Cholesterol )。

當血液中 LDL-C 過高時,部分 LDL 可能會被「氧化」變質。這些變質或過量的 LDL 容易在血管壁上引發一連串發炎反應,最終形成粥狀硬化斑塊,導致血管阻塞。因此,LDL-C 被冠上「壞膽固醇」的稱號,因為它與心腦血管疾病的風險密切相關。

高密度脂蛋白(HDL) 則恰好相反。其組成近半為蛋白質,膽固醇比例較少,因此有許多「空位」可供載運。HDL-C 就像血管裡的「清道夫」,負責清除血管壁上多餘的膽固醇,並將其運回肝臟代謝處理。正因為如此,HDL-C 被視為「好膽固醇」。

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為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。/ 圖片來源:shutterstock

過去數十年來,醫學界主流觀點認為 LDL-C 越低越好。許多降血脂藥物,如史他汀類(Statins)以及近年發展的 PCSK9 抑制劑,其主要目標皆是降低血液中的 LDL-C 濃度。

然而,科學家們在臨床上發現,儘管許多人的 LDL-C 數值控制得很好,甚至很低,卻仍舊發生中風或心肌梗塞!難道我們對膽固醇的認知,一開始就抓錯了重點?

傳統判讀失準?LDL-C 達標仍難逃心血管危機

早在 2009 年,美國心臟協會與加州大學洛杉磯分校(UCLA)進行了一項大型的回溯性研究。研究團隊分析了 2000 年至 2006 年間,全美超過 13 萬名心臟病住院患者的數據,並記錄了他們入院時的血脂數值。

結果發現,在那些沒有心血管疾病或糖尿病史的患者中,竟有高達 72.1% 的人,其入院時的 LDL-C 數值低於當時建議的 130 mg/dL「安全標準」!即使對於已有心臟病史的患者,也有半數人的 LDL-C 數值低於 100 mg/dL。

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這項研究明確指出,依照當時的指引標準,絕大多數首次心臟病發作的患者,其 LDL-C 數值其實都在「可接受範圍」內。這意味著,單純依賴 LDL-C 數值,並無法有效預防心臟病發作。

科學家們為此感到相當棘手。傳統僅檢測 LDL-C 總量的方式,可能就像只計算路上有多少貨車,卻沒有注意到有些貨車的「駕駛行為」其實非常危險一樣,沒辦法完全揪出真正的問題根源!因此,科學家們決定進一步深入檢視這些「駕駛」,找出誰才是真正的麻煩製造者。

LDL 家族的「頭號戰犯」:L5 型低密度脂蛋白

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。他們發現,LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷,如同各式型號的貨車與脾性各異的「駕駛」。

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。發現 LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷。/ 圖片來源:shutterstock

早在 1979 年,已有科學家提出某些帶有較強「負電性」的 LDL 分子可能與動脈粥狀硬化有關。這些帶負電的 LDL 就像特別容易「黏」在血管壁上的頑固污漬。

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台灣留美科學家陳珠璜教授、楊朝諭教授及其團隊在這方面取得突破性的貢獻。他們利用一種叫做「陰離子交換層析法」的精密技術,像是用一個特殊的「電荷篩子」,依照 LDL 粒子所帶負電荷的多寡,成功將 LDL 分離成 L1 到 L5 五個主要的亞群。其中 L1 帶負電荷最少,相對溫和;而 L5 則帶有最多負電荷,電負性最強,最容易在血管中暴衝的「路怒症駕駛」。

2003 年,陳教授團隊首次從心肌梗塞患者血液中,分離並確認了 L5 的存在。他們後續多年的研究進一步證實,在急性心肌梗塞或糖尿病等高風險族群的血液中,L5 的濃度會顯著升高。

L5 的蛋白質結構很不一樣,不僅天生帶有超強負電性,還可能與其他不同的蛋白質結合,或經過「醣基化」修飾,就像在自己外面額外裝上了一些醣類分子。這些特殊的結構和性質,使 L5 成為血管中的「頭號戰犯」。

當 L5 出現時,它並非僅僅路過,而是會直接「搞破壞」:首先,L5 會直接損傷內皮細胞,讓細胞凋亡,甚至讓血管壁的通透性增加,如同在血管壁上鑿洞。接著,L5 會刺激血管壁產生發炎反應。血管壁受傷、發炎後,血液中的免疫細胞便會前來「救災」。

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然而,這些免疫細胞在吞噬過多包括 L5 在內的壞東西後,會堆積在血管壁上,逐漸形成硬化斑塊,使血管日益狹窄,這便是我們常聽到的「動脈粥狀硬化」。若這些不穩定的斑塊破裂,可能引發急性血栓,直接堵死血管!若發生在供應心臟血液的冠狀動脈,就會造成心肌梗塞;若發生在腦部血管,則會導致腦中風。

L5:心血管風險評估新指標

現在,我們已明確指出 L5 才是 LDL 家族中真正的「破壞之王」。因此,是時候調整我們對膽固醇數值的看法了。現在,除了關注 LDL-C 的「總量」,我們更應該留意血液中 L5 佔所有 LDL 的「百分比」,即 L5%。

陳珠璜教授也將這項 L5 檢測觀念,從世界知名的德州心臟中心帶回台灣,並創辦了美商德州博藝社科技(HEART)。HEART 在台灣研發出嶄新科技,並在美國、歐盟、英國、加拿大、台灣取得專利許可,日本也正在申請中,希望能讓更多台灣民眾受惠於這項更精準的檢測服務。

一般來說,如果您的 L5% 數值小於 2%,通常代表心血管風險較低。但若 L5% 大於 5%,您就屬於高風險族群,建議進一步進行影像學檢查。特別是當 L5% 大於 8% 時,務必提高警覺,這可能預示著心血管疾病即將發作,或已在悄悄進展中。

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對於已有心肌梗塞或中風病史的患者,定期監測 L5% 更是評估疾病復發風險的重要指標。此外,糖尿病、高血壓、高血脂、代謝症候群,以及長期吸菸者,L5% 檢測也能提供額外且有價值的風險評估參考。

隨著醫療科技逐步邁向「精準醫療」的時代,無論是癌症還是心血管疾病的防治,都不再只是單純依賴傳統的身高、體重等指標,而是進一步透過更精密的生物標記,例如特定的蛋白質或代謝物,來更準確地捕捉疾病發生前的徵兆。

您是否曾檢測過 L5% 數值,或是對這項新興的健康指標感到好奇呢?

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第九行星到底存不存在?--《物理雙月刊》
物理雙月刊_96
・2017/09/23 ・2722字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

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  • 文/陳英同|中研院天文所博士後研究員

肉眼、望遠鏡、推理:這就是整個太陽系了嗎?

人類用肉眼觀察行星。圖/Pixabay

遠古以來,人類在深夜裏仰望天穹, 結合神話故事,想像出一百多個星座。就在這樣充滿故事但是顯少改變的夜空中,有幾個星點被古代天文學家發現了規律的週期運動,這就是我們現在所知道的太陽系行星,並且以最有名的幾個希臘神來命名,例如:阿波羅(Apollo)-太陽、維那斯(Venus)-金星、朱比特(Jupiter)-木星等等。

不過畢竟肉眼的能力有限,頂多只能看到視星等五等多的天王星(不過天王星不是肉眼發現的,是利用望遠鏡偶然發現的)。在中古世紀,人們覺得這七顆行星應該就是太陽系中所有的行星了(不過確定他們是繞著地球還是太陽轉,又是另一個很長的故事了)。

在1846年,數學及天文望遠鏡發展了一段很長時間後,天文觀測精確度以及計算能力都剛好滿足時,天文學家發現最外圍的天王星似乎在天空中有著不規則的運動,而且剛好可以假設一顆還未發現行星的重力擾動來解釋,也因此而發現了海王星。

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海王星,發現!source:Wikimedia

有了這個成功的例子,天文學家開始利用相同的方法去找尋是否海王星外是否還有未發現的行星。在1930年終於發現了冥王星,這也是唯一美國人發現的行星(雖然我們現在知道冥王星被降級成「矮行星」,再也不是太陽系的行星了······)。

冥王星。source:Wikimedia

在這之後,人們「又開始覺得」這應該就是整個太陽系的模樣了,但是理論天文學家就不這麼覺得了。荷蘭天文學家揚.歐特(Jan Oort)首先在 1932 年左右首先提出長週期彗星的來源,應該是一個距離 20000 au (天文單位,地球到太陽的距離)的球狀雲團 ,也就是歐特雲。

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庫柏(Gerard Peter Kuiper)跟艾吉沃斯(Kenneth E Edgeworth)在 1950年代時,提出了海王星外應該有個太陽系形成時,所殘留下來的原始行星盤的假說。費南德茲(Julio Fernández)與中央大學的葉永烜老師在 1987 年進一步用數值計算模擬推論出位於 35 到 50 au 應該要存在一個彗星帶或是行星盤,才能解釋短週期彗星的成因。有了這些理論的基礎,1992 年麻省理工學院的朱維特(David Jewitt)終於找到在發現冥王星 60 多年之後的第二顆庫柏帶天體1992QB1,並且開啟了海王星外天體的大航海時代。

在古柏帶已知天體,數據源自小行星中心。 在主帶天體顏色為綠色,而分散的天體為橙色。四個外側行星是藍色的。海王星幾顆已知的特洛伊為黃色,而木星的為粉色。分散在木星軌道和古柏帶之間的天體被稱作半人馬小行星。圖中單位為天文單位。底部明顯的缺口是由於很難把他們從銀河背景中分辨出來。 source:wikipedia

在 2006 年,任職於加州理工學院的布朗(Michael Brown),利用第一代的大視場天文數位相機,發現了絕大部分的比較亮或是比較大的庫柏帶天體,包含表面有水冰光譜的妊神星(Haumea)家族、推測是內歐特雲的賽德娜(Sedna, 小行星 90377),以及跟冥王星大小差不多的鬩神星(Eris)。鬩神星的發現也間接了否定了冥王星行星的定位,西方媒體也戲稱布朗是冥王星殺手。

在接下來的十年中,觀測天文學家利用更大的望遠鏡、更新更廣的電子相機,找到了超過二千個庫柏帶天體。由於離太陽越遠,太陽系原始物質的空間密度會越來越低,在近二十年的觀測裡,也並沒有發現其他會影響庫柏帶天體的天體。這時,大家又開始覺得,真正的太陽系應該就是這樣了:庫柏帶跟歐特雲中間應該沒有什麼大東西存在了。

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第九行星,下一個就是你:但是你在哪裡?

自從賽德娜發現後十年,行星動力學一直無法很好的解釋它的來源與存在。由於它離海王星實在非常的遠,離海王星軌道最近的距離比海王星軌道還多一倍 (76 au v.s. 30 au),動力學模擬的結果也證明在46億年內(太陽系的年齡) 它都不會改變它的軌道,那它是如何跑到到那個位置的呢?

一般相信這個與世獨立的存在需要一些外力,例如漂流的恆星通過太陽系外、或是太陽形生成於星團中,而後才離開星團。但這些理論大多只能說是假設,缺少觀測上的支持。但是在這十年間,天文學家陸續找到數顆與賽德納很像的天體,並且發現這些天體的軌道傾角與近日點的位置有特別的趨勢(見圖1、2),但由於數量過少,這個領域的研究方向一直還未確定。就在去年的二月,加州理工學院的巴特金(Konstantin Batygin)與布朗敲響了第九行星理論的第一聲響,發表了一顆十倍地球質量行星位於 250 au 的理論模型。而這個模型剛好可以適當的解釋遠近日點的天體為何都偏向同一邊(見圖)以及傾角分佈,以及他們如何生成的。

圖1. 內歐特雲天體的近日點大都面向上方。圖/作者提供

行星科學界最重要的定期會議之一是美國天文學會下的 DPS (Division for Planetary Sciences)會議,在裡面接受報告的論文都是最新、最有影響力的研究結果,許多科學媒體也會參與會議,然後立即發出新聞稿。在這個會議中,巴特金受邀發表大會演講,接在他之後的數個論文報告,也都提出一些觀測上跟理論上的一些支持的論點,包含:

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  1. 雪柏(Scott Sheppard)又找到數顆遠近日點的天體
  2. 太陽自轉軸的偏差能用第九行星來解釋
  3. 這些遠近日點的天體剛好在這顆推論行星的軌道共振點上。

當然,除了正方的結果,也出現了不少反方的研究,其中最重要的二個結果就是:

(1) 這顆行星的存在將會把現在所見的庫柏帶外的結構摧毀,

(2) 銀河盤面並沒有巡天資料,所以觀測上有明顯的偏差。

現在這個狀況,舉一個眾所皆知的例子,就像UFO到底是外星人太空船,亦或只是地球上的飛行器或者各種光影的組成而已?先不討論照片合成或是誤認,正方反方都能提出不少「說法」或是「間接證據」,但是現況就是我們並沒有確切的證據來證明UFO是外星飛船。

觀測天文學家與理論天文家存在一種微妙的關係:既競爭又合作。理論天文學家可以利用一些假設來預測現在技術看不到的東西或現象,觀測天文學家則是不斷用最新的科學技術去發現、或是證明假設是否正確。一但當科學技術進步到能觀測到應該要觀測的天體時,眾多理論在這時就是大審判的時候了。

目前許多國際研究團隊包含卡內基天文台、加州理工學院及日本國立天文台,都如火如荼地進行尋找第九行星的觀測工作,尤其是位於夏威夷的 Subaru 望遠鏡,由於它是目前口徑最大(八公尺)的大視場望遠鏡,所以擔任起許多重要的觀測工作。所以第九行星到底存不存在?相信這個問題在不久的將來就會真相大白了。

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圖2:作者發現的內歐特雲天體-2010-GB174。圖/作者提供

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 8 月號 ,更多文章請見物理雙月刊網站

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物理雙月刊_96
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《物理雙月刊》為中華民國物理學會旗下之免費物理科普電子雜誌。透過國內物理各領域專家、學者的筆,為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。透過文字、圖片、影片的呈現帶領讀者走進物理的世界,探尋物理之美。《物理雙月刊》努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。

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尋星啟事:「第九行星」下落不明,請你幫忙尋找
歐柏昇
・2017/04/11 ・5093字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 503 ・六年級

最近,科學家張貼一份協尋啟事。究竟是什麼東西,需要全世界的人們一起幫忙尋找?不是通緝犯,也不是失蹤的寵物,而是失落的「第九行星」。

藝術家想像的第九行星。圖/By Caltech/R. Hurt (IPAC)

尋找「X 行星」

早在 1905 年,羅威爾(Percival Lowell)就開始尋找海王星外的未知行星。他發覺天王星、海王星的軌道有些異常,並可用一個未知行星的拉扯來解釋。這個未知的行星,就姑且稱作「X 行星」了。

其實,由已知行星的運行軌道,來預測未知的行星,並不是什麼新鮮的事情。1846 年,勒維耶(Urbain Le Verrier)以牛頓力學計算出天王星軌道的偏差,大膽預言有個未知行星在拉扯天王星軌道。他把理論預測的數字交給柏林天文台的伽勒(Johann Gottfried Galle),據說不到一小時,一個新的行星就被找到了──這顆行星就是海王星。

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發現海王星的成功經驗,給後世科學家許多啟發。羅威爾試著如法炮製,尋找「X 行星」。可惜歷史無法順利地複製,羅威爾在 1916 年逝世前,並沒有找到這顆 X 行星。不過,他留下的羅威爾天文台繼續運作,並在 1930 年找到了一顆新的「行星」,也就是冥王星。羅威爾追尋已久的 X 行星,終於由後人找到了嗎?不,可惜冥王星的質量太小了,根本沒辦法達成羅威爾從行星軌道算出來的預測值。所以,就算 X 行星存在,它絕對不是冥王星!

1993 年,天文學家以現代觀測的精確數據,重新計算行星運動的軌道,證實「X 行星」的預言是建立在不準確的觀測數據上,實際上根本不需要「X 行星」,就能解釋海王星現在的軌道。神秘的「X 行星」假說,被天文學家踢出門外了。冥王星的下場更慘了,不但不是「X 行星」,還從行星名單當中被除名了。2006 年國際天文聯合會(IAU)決議,將冥王星移除九大行星之外,成為「矮行星」。從此,太陽系的行星總數回歸到八個。

往更遙遠的地方走去

我們不必為冥王星的除名哀悼,因為事件的背後,代表更多驚奇的發現。1990 年代以來,天文學家漸漸發覺,冥王星並不孤單,它與許多小天體一起居住在海王星之外的「古柏帶」。隨著海王星外天體的逐一發現,人們才知道冥王星只是古柏帶天體的其中一個而已。人類對於太陽系邊緣的認知,往更遙遠的地方開展。

在這十幾年來,人們才開始找到冥王星的「鄰居」──或可說是讓它被除名的「兇手」。其中有一個海王星外天體非常特別,名字叫作賽德娜(Sedna),是在 2003 年由麥可.布朗(Mike Brown)、查德.特魯希略(Chad Trujillo)和大衛.拉比諾維茨(David L. Rabinowitz)找到。賽德娜可能與冥王星一樣是矮行星,但離我們相當遙遠。冥王星與太陽最近的距離是 30 天文單位(1 天文單位的意思是「地球與太陽的距離」),目前找到的其他海王星外天體也大致在 30 至 50 天文單位的古柏帶範圍內。然而,賽德娜與太陽最近的距離卻是 76 天文單位,在非常外圈的橢圓軌道繞太陽公轉,令人懷疑是否還能算在古柏帶之內。許多天文學家認為,賽德娜有可能與太陽系更外層的「歐特雲」有所聯繫。

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到了 2012 年,特魯希略與史考特.雪柏(Scott Sheppard)發現一顆新的天體,打破了賽德娜的紀錄。這顆稱為2012VP113 的星球,離太陽最近的距離竟然高達 80 天文單位。這個新發現,代表賽德娜不是單一的特例,還有其他天體位在這麼遙遠的地方。問題來了,它們怎麼會出現在離太陽這麼遙遠的地方?現在的位置可能不是誕生地,因為那裡缺乏氣體和塵埃,很難形成較大的星球。科學家猜測,它們誕生之初可能受到某些重力影響,有可能是與其他原行星拉扯,也有可能是外來的恆星從附近通過而改變它們的軌道。

許多證據指向「第九行星」可能存在

賽德娜與 2012VP113 提供了更多有趣的線索,改變我們對太陽系的認識。特魯希略與雪柏利用它們的運行軌道推論,可能有個比地球重、比海王星輕的天體,位於離太陽 250 天文單位的軌道上。康斯坦丁.巴提金(Konstantin Batygin)和麥可.布朗在 2016 年 1 月發表新的研究,利用賽德娜、2012VP113 以及另外四個較遙遠的古柏帶天體的運行軌道,得出一個驚人的結論──「第九行星」可能存在,它的質量大約是地球的 10 倍,與太陽最近的距離約 200天文單位,繞太陽公轉的週期是 1 萬至 2 萬年。

天文學家其實沒有直接看到「第九行星」。到底有什麼可靠的證據,說明「第九行星」存在呢?賽德娜、2012VP113與其他幾個「極端海王星外天體」,共同具備某些奇怪的特性。首先,它們離太陽最近的時候,位置都剛好在黃道面上[註1]。且它們通過黃道面的方向,都是由南向北。再者,它們運行軌道的長軸都在同方向,好像某東西推過去的。從下圖可以清楚看到,這幾個「極端海王星外天體」軌道的長軸(也就是離太陽遙遠的一端)都在圖中的左邊[註2]。這可能不是巧合,而是巨大的「第九行星」重力拉扯而形成的現象。此外,「第九行星」會造成許多古柏帶天體的軌道嚴重傾斜──這些奇異的天體也的確存在。麥可.布朗說,如果他在什麼都不知道的情況下看到這篇論文,一定會覺得太瘋狂了,但是看完這些證據和統計,很難有其他結論了!

  • 註 1:太陽系內主要的行星,幾乎都在同一平面上繞太陽公轉,這個平面就稱為「黃道面」。賽德娜與地球、火星等行星不同,並不是隨時都在黃道面上,但離太陽最近時剛好在黃道面上。
  • 註 2:2016 年學者發表了一個長軸指向右邊的極端海王星外天體,因此不能說每一個都指向左邊。

在 2016 年初之後開啟了「第九行星」的討論。太陽系內目前知道的六個最遠的古柏帶天體(軌道在海王星外),全都神秘地排列在同一方向。以三度空間來看,它們幾乎以相同的角度偏離太陽系平面。巴提金和布朗說明,我們需要一顆 10 倍地球質量的行星,位在遙遠的偏心軌道,且與其他六個天體不連成一線,才能保持圖中這種組合。圖/By R. Hurt/IPAC/Caltech

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「第九行星」的假說,似乎還能解釋許多長久以來的謎團。2016 年 10 月,在美國加州舉行的行星科學會議上,巴提金和布朗的合作者,加州理工學院的研究生伊莉莎白.貝利(Elizabeth Bailey)提出對於「太陽傾斜」的研究。早在 1800 年代,人們就知道太陽不尋常的傾斜,但是這件事不常被討論,因為沒人有任何線索知道它是什麼造成的。所謂「太陽傾斜」,意思是太陽從黃道面偏斜了大約 6 度,至今還沒有人能成功解釋。

貝莉的研究將太陽傾斜的罪魁禍首指向「第九行星」,如果存在一個巨大而遙遠的行星,可能增加了太陽系的搖擺,使得太陽些微地傾斜。貝莉說:「因為第九行星質量很大,而且軌道比其他行星更傾斜,太陽系只好慢慢地扭曲,不再排列得那麼整齊了。」巴提金說:「它持續使我們感到驚奇。每次我們仔細看,就發現第九行星又能解釋一些太陽系長久以來的謎團。」

亞利桑那大學的天文學家雷努.馬霍特拉(Renu Malhotra)等人,還有另一個證據說明未知行星的存在。他們分析公轉週期非常長的「極端海王星外天體」,發覺這些天體曾經與某個未知行星發生共振。經過計算,未知天體繞太陽公轉的週期大約 17000 年,且一個 10 倍地球質量的行星可以合理解釋這種共振現象。

以上許多證據,都指出太陽系內的「第九行星」可能存在。問題是,找到「第九行星」有什麼意義?是因為冥王星除名後,「九大行星」被迫改成「八大行星」,如果找到第九顆就可以改回大家習慣的稱呼嗎?當然不是這麼無聊的理由!事實上,如果找到「第九行星」,可能徹底改寫我們所知的太陽系演化史。竟然在這麼遙遠的地方,可以存在一顆巨大的行星,它的身世來歷真是耐人尋味了。

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更有趣的是,這幾年天文學家在太陽系外找到了許多重於地球、輕於天王星與海王星的行星,也就是被稱為「超級地球」的行星。奇怪的是太陽系的八大行星當中,並不存在這種行星。假如「第九行星」存在,且如預期是 10 倍地球質量,那就填補了這個空缺。儘管關於「第九行星」的爭論還沸沸揚揚,我們對於太陽系的探索又前進一步。

一起上網尋找失落的行星吧!

我們似乎又回到 1846 年尋找海王星的那個情境,理論預測一個未知的行星存在,等待人們去找尋。巴提金也說,的確有點重現歷史的意味。不過,經過一百多年,科技突飛猛進,當年一小時找到海王星,現在應該可以一分鐘找到「第九行星」吧?實際上並非如此,現在天文學家還在煩惱著要怎麼把它找出來呢!因為它離我們太遠了,也離太陽太遠了,不像鄰近的行星,反射了太陽光就輕易被我們看見。太陽系遠比你想像中大得多,人類根本還無法掌握太陽系邊緣那個非常昏暗卻充滿驚奇的世界。

理論預測之後,天文學家很努力在望遠鏡拍攝到的眾多影像中,尋找「第九行星」的下落。雪柏說,這就像玩遊戲一樣,你不知道哪張照片會有超級地球在裡面。尋找的訣竅,就在於看它移動得多慢。如果找到移動夠慢的天體,代表它離我們夠遠,這才有趣,要不然就只是一般的古柏帶天體。

然而,這個工作就是大海撈針。一個人只有兩隻眼睛,光是幾個天文學家,想要找到新的行星,實在太困難了。那是不是能利用電腦幫忙尋找呢?可惜,在這方面,人眼還是比電腦銳利多了。天文影像當中,有許多非真實天體造成的光點,電腦經常會受騙,但人眼很容易辨認出來那是假的。

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天文學家決定嘗試一個新的方法:利用全世界的眾多人的眼睛,一起幫忙尋找「第九行星」。網際網路把全世界的人們串聯在一起,天文學家只要設計一個容易操作的小工具,將天文影像放上網,大家就可以到網站上幫忙尋找了。

於是,天文學家就設計了這個網站「Backyard Worlds: Planet 9」。點選「classify」,就可以進去尋找失落的行星了。網頁顯示的天文影像,是由廣域紅外線巡天探測衛星(WISE)拍攝,這是紅外光影像,可以偵測行星自己發出的光。如果「第九行星」的特性符合預期,應該會出現在某一組照片的某一個角落。或許你就是那個幸運兒,現在「抽到」的這組照片,就是具有「第九行星」的那張!當然,看越多張照片,找到的機會就越大了。

Backyard Worlds: Planet 9」 網站首頁

每組照片都有不同時間拍攝的幾張,請你當作動畫來看。我們要觀察的重點就是是否有天體在移動。移動的天體,有可能是「第九行星」,也可能是一種稱為「棕矮星」的天體,它們是形成失敗的恆星,有可能出現在太陽系外圍,天文學家也很有興趣尋找。如何判斷天體在移動呢?我們需要找兩種型態的天體,一種是「雙極(dipole)」,原本亮左邊,後來亮右邊,其實是移動速度慢的天體。另一種是「移動物(mover)」,很明顯在影像中移動,這些是移動速度較快的天體。這兩種特徵,都是天文學家有興趣尋找的天體,請你都利用「標記工具」,在圖片上標記出來。若有這兩種型態的天體,在動畫中的每張照片都需要標記,才方便追蹤它的移動。如果沒有任何雙極或者移動物,請你直接按「完成」。

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左圖是「雙極」特徵的天體,右圖是「移動物」特徵的天體,此二種為「Backyard Worlds: Planet 9」計畫欲尋找的目標,請參與者協助將它們標記出來。圖/「Backyard Worlds: Planet 9」網站

Backyard Worlds: Planet 9」網站介面說明

不過請特別注意,有些容易混淆的光源,不要選進去了。首先,鋒芒四射的光源其實是恆星(如下圖左),不需列入,別把它和「雙極」搞混了。此外,有些光源並非真正來自天體(如下圖右),就像鬼影一樣,肉眼通常能辨識出來,也請你不要選到它們了。頁面右邊的「Field Guide」有更多例子,可以點進去參考。

左圖為恆星,右圖為非天體造成的造光源,兩者皆「不是」需要標記出的天體。圖/「Backyard Worlds: Planet 9」網站

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了解遊戲規則之後,趕快上網幫忙尋找「第九行星」吧!人類對宇宙的探索愈加深刻,卻發覺我們自己居住的太陽系比想像中來得複雜,值得深入發掘的面向還有很多。在網路串連全世界的時代,天文學家號召全世界大眾一起幫忙。這就是「網路公民天文學」的概念,人人都能作為天文學家,到我們的家園──太陽系的邊緣探險,在無數的影像中尋找寶藏。不論是否真的找到「第九行星」,這些「鍵盤天文學家」對於古柏帶天體與棕矮星的搜尋,將有不少貢獻。其實,在Zooniverse這個網站上,還有很多其他的公民天文學計畫,歡迎你一起上網探索宇宙!

  • 「Backyard Worlds」公民天文學網站的介紹影片:

參考資料:

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歐柏昇
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台大物理與歷史系雙主修畢業,台大物理碩士。現為台大物理系、中研院天文所博士生,全國大學天文社聯盟理事長。盼望從天文與人文之間追尋更清澈的世界觀,在浩瀚宇宙中思考文明,讓科學走向人群。