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神秘的九号行星?真相可能就隐藏在TESS数据中

太阳系远处似乎潜伏着一些巨大的东西,与一些海王星以外的库珀带岩石的轨道相混淆。一些天文学家认为它是一颗行星,质量大约是地球的5倍,并称其为:九号行星。

神秘的九号行星?真相可能就隐藏在TESS数据中

(创意太阳系 图源:bing)

但是找到这个潜在的潜伏者并不那么容易。从地球上看,它显得非常渺小而微弱。我们甚至不知道该仰望哪一边的天空去寻找它。天文学家正在仔细研究(在此过程中也找到了其他一些非常好的资料),这是一项缓慢而艰苦的工作。

不过,根据一篇论文,或许还存在另一种方法:NASA的过境系外行星勘测卫星(TESS)——它很可能已经观测到了九号行星,并将其隐藏在TESS数据中。你可能会想:“嗐,这本就是一架搜寻行星的望远镜呀。”但是寻找距离很远的行星和寻找距离相对较近的行星是两回事。

神秘的九号行星?真相可能就隐藏在TESS数据中

图解:TESS艺术概念图-在围绕其主恒星的熔岩行星前 图源:NASA戈达德航天飞行中心

TESS通过过境方法寻找系外行星。它长时间地凝望着天空,根据绕行于我们与恒星之间的行星,寻找由其所引起的微弱但规则的星光倾角(称为过境)。对于九号行星,我们将无法检测其过境,因为它不会从TESS和太阳之间经过,而且一次曝光并不能显示出这样微弱的天体。

神秘的九号行星?真相可能就隐藏在TESS数据中

(图解:太阳系外行星探测的过境方法。当观察者观察到行星越过恒星前方时,该事件称为过境。地球行星的过境使恒星的亮度发生微小变化,约为1 / 10,000(百万分之100,ppm),持续2到16小时。如果是由行星引起的,则此变化必须是绝对周期性的。此外,同一颗行星产生的所有跃迁必须具有相同的亮度变化并持续相同的时间量,从而提供高度可重复的信号和可靠的检测方法。图源:NASA)

但是,TESS长时间观测天空的方式可以与称为“数字跟踪”的天文学技术结合使用。为了展现过境骤降,TESS会拍摄多张同一视野的图像。若将这些图像叠加,微弱的光线就会变得明亮,从而显露出原本隐藏着的天体。

由于九号行星是移动的天体,所以仅通过图像的叠加不一定能揭示该行星。你需要做一些猜测推算出它的预估轨道,接着将曝光按序排列至预估位置的中心,将图像叠加起来。

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图解:九号行星的理论轨道(橙色),与五个已知蓝色物体的垂直轨道、紫色其他物体的预测轨道有关 图源:wired

“为了发现具有未知轨迹的新天体,我们可以尝试所有可能的轨道!”研究人员在论文中写道。只需将图像、轨道以及视差校正(TESS绕行地球时是高椭圆轨道,因此视线在移动时会产生位移)输入软件程序,然后等待结果即可。

虽然这听起来像是一个漫无目的的做法,实际上仍可能有效。例如,利用哈勃太空望远镜进行的数字跟踪已经发现了海王星之后的几个天体。

神秘的九号行星?真相可能就隐藏在TESS数据中

图解:艺术家眼中的九号行星(nagualdesign/汤姆·鲁恩/ESO/Wikimedia Commons)

接下来的问题是:TESS是否强大到足以勘测这颗行星?

这里也有一种检验方法——模型表明,“九号行星”的视星等(即从地球上看到的亮度)在19-24之间。有些已知的绕海王星轨道运行的行星,其视星等也在此范围内,即赛德纳(20.5-20.8),2015 BP519(21.5)和2015 BM518(21.6)。

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(Holman等人,AAS研究笔记,2019)

这个团队曾用数字跟踪分别勘测了这三个天体,它们都显现了,像非常模糊的低分辨率晶体,不过依然可以识别。你可以在上图中看到它们:左起为赛德纳、2015 BP519、2015 BP518。为了便于查看,图像显示为负片。

我们假设,TESS能够看到这个星等范围内的所有天体,那就意味着它应该也能够看到九号行星。甚至,九号行星可能早已存在于现有数据中——只是我们尚未发现。

你需要通过大量的计算去测试所有可能的轨道,所以……有人有备用超级计算机吗?

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该研究已发表在AAS研究笔记中。

过境系外行星勘测卫星(TESS)是NASA探险者计划的太空望远镜,用于在比开普勒任务所覆盖区域大400倍的区域使用过境方法寻找系外行星。它于2018年4月18日在猎鹰9号火箭上发射。在其两年主要任务期间,预计将发现2万多颗正在过境的系外行星——发射时已知的系外行星约为3800颗。然而,截至2019年11月13日,在原定任务结束前不到6个月的时间里,仅发现34颗行星。首张TESS光照图拍摄于2018年8月7日,公开发布于2018年9月17日。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. sciencealert- Plsuone

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