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如果太陽系真有第九顆行星,會長什麼樣?

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第九行星結構模擬。圖/ © Esther Linder, Christoph Mordasini, Universität Bern

美國加州理工學院(California Institute of Technology)Konstantin Batygin 和 Mike Brown 根據演算認為太陽系外圍應該有第九顆行星,只是尚未發現而已。那麼,如果第九號行星(Planet 9)真的存在,會有多大?又會有多亮?它的溫度是多少?哪一種望遠鏡可以發現它?

瑞士伯恩大學(University of Bern)天文物理學家 Christoph Mordasini 和 Esther Linder 等人利用電腦模擬想像中位在太陽系外側的行星會如何演化;從模擬結果,估計這顆天體現今的半徑約為地球半徑的 3.7 倍,表面溫度則約為攝氏零下 226 度。

Batygin 等人平常是研究位在距離僅數光年遠的恆星周圍塵埃盤中的年輕系外行星,他們擅長於利用電腦模擬這些系外行星的演化。他們計畫未來利用如韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)等儀器直接拍攝到這些系外行星。

Linder 表示:「對我而言,雖然第九號行星遠在 700 天文單位之外,但算是很近的天體了。」其中,1 天文單位相當於 1 億 5000 萬公里,為地球到太陽的平均距離。這些天文物理學家推測第九號行星類似天王星和海王星,但比它們稍小一些,換言之,它也是個小型的冰質巨行星,表層覆滿氫與氦。透過他們的行星演化模型,能計算從 46 億年前太陽系初始至今,第九號行星的直徑和亮度等參數隨時間演化的狀況。

從內部加熱

在 Mordasini 等人計算結果,認為這顆假定相當於 10 倍地球質量的第九號行星,演化至今,其半徑約為現今地球的 3.7 倍,表面溫度約為攝氏零下 226 度,或相當於絕對溫度 47K。這意味著這顆行星發出的輻射主要來自它正在逐漸冷卻的核心,否則的話,它的表面溫度將只有 10K 而已。它內部產生的能量,約是吸收太陽光所得能量的 1000 倍,因此它所反射的陽光只佔了總輻射的很小一部份,這也意味著這顆行星在紅外波段會比在可見光波段還亮。由此,這顆假定中的第九號行星有了它自己的特色,不在只是理論中的一個質點。

這些學者也檢視他們的結論是否能解釋為何第九號行星迄今尚未被任何望遠鏡偵測到。他們計算大一點或小一點的行星在不同軌道上的亮度。結果發現過去曾執行過的巡天觀測只有很低的機會能發現 20 倍地球質量以下的天體,特別是如果它恰好為在其軌道遠日點時。但 NASA 的廣角紅外巡天探測衛星(Wide-field Infrared Survey Explorer,WISE)或許可以拍到 50 倍地球質量以上的行星。這個結論,給了這顆行星一個很有趣的質量上限值。

根據這些科學家的研究結論,如大型綜觀巡天望遠鏡(Large Synoptic Survey Telescope,LSST)等正在建置或計畫中的未來望遠鏡,應該有能力確定第九號行星的存在與否。

 

資料來源:Science Daily, 2016.04.07, KLC

本文轉載自網路天文館

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