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使用激光发射的探测器舰队,寻找被称为“行星9”的神秘引力源

自从冥王星倍剔除出太阳系行星的行列以来,科学家就没有停止过寻找第九大行星的线索!近日物理学家爱德华维滕提议使用一支激光发射的探测器舰队,比如“突破星空”,来寻找被称为“行星9”的神秘引力源!

著名弦论家提出了寻找太阳系神秘“9号行星”的新方法

我们知道,在太阳系的外围有很重的东西,它的踪迹散布在我们太阳附近最远的地方——大约是地球质量的5到10倍,用它的引力拖拽着附近的物体。从来没有人见过它,因为这个幽灵已经躲避了多年的望远镜搜索。事实上,并不是每个人都相信这是真的。目前,大多数天文学家称之为“行星9”!

现在,著名的理论物理学家爱德华维滕发表了一篇论文,关于如何追踪这个困扰我们太阳系外部的幽灵:一个微型探测器的舰队,通过激光推进到光速的0.1%。维滕在新的论文中指出,用数百个小探测器覆盖这部分空间,舰队应该能够确定丢失物体的位置。

著名弦论家提出了寻找太阳系神秘“9号行星”的新方法

维滕是新泽西高等研究所的理论物理学家和数学家,以其在量子场论数学方面的工作而闻名,同时也是弦理论统一“M-理论”的鼻祖。他也是第一位获得菲尔兹奖的物理学家,这是数学界最负盛名的奖项。维滕说:“目前还不清楚我提出的寻找9号行星的方法是否可行,或者即使可行,这是否是最好的方法。”

其实维滕的想法在很大程度上借鉴了《突破星空》项目。这是由亿万富翁物理学家尤里·米尔纳、斯蒂芬·霍金和马克·扎克伯格共同创立的“突破星空”计划旨在探索距离地球4.37光年的半人马座阿尔法恒星系统。“星空”背后的想法是将一个小探测器推到光速的15%或20%,并在发射20至30年后到达恒星。该项目于2016年宣布,但没有确定的推出日期。威滕表示:“在寻找9号行星的过程中,一个沿着突破性星空路线的项目有两大优势:较大的速度,大量的航天器。”

一大群小型探测器

维滕追踪失踪物体的想法要求每个探测器只携带两个设备:一个非常精确的时钟和一个无线电发射器。

探测器会在时钟滴答作响时向地球发送一条短信息,让它的地面所有者知道飞船上的时间。但是随着探测器离地球越来越远,信息传递的时间也越来越长,这些信息到达的时间会越来越长。将这些时钟与地球上的原子钟同步,然后跟踪它们的延迟,你就可以精确计算出每个探测器在任何给定时间与地球的距离。

著名弦论家提出了寻找太阳系神秘“9号行星”的新方法

这使得研究人员能够绘制出一张地图,显示舰队是如何随时间在太空中移动的。最初的几年应该是相当可预测的:太阳系内部的主要重力场是很清楚的;我们只要抬头就能看到大多数行星的位置。但在发射后大约10年内,探测器将到达9号行星可能潜伏的“跨海王星”区域。

“当飞船经过9号行星时,它被物体的重力加速。因此,它在任何时候都比预期的要离地球更远,而且航天器发出的信号到达地球的时间比物体不在地球上时稍晚。

通过跟踪哪一个航天器移动得更快,以及移动的速度,维滕预测,该舰队将能够绘制出9号行星的重力图并追踪它。他计算出,要以光速0.1%的速度工作,时钟必须精确到每秒10万分之一,舰队需要数百个探测器。

他指出,建造激光设施将是昂贵的,他引用了根据一份突破性的星空报告得出的5.17亿美元的数字。但一旦设施建成,每次发射新探测器都会很便宜,需要价值8000美元的电池电量加上相对简单的探测器的成本。

任何重力源都可以

维滕的想法受到了来自天体物理学界的兴奋和深深的怀疑。因为对9号行星的搜寻已经进行了足够长的时间,一些天文学家已经开始暗示,这颗行星的某些特征可能使它一直处于隐蔽状态。也许它的轮廓与银河系的明亮带相映衬。在这种情况下,太阳从行星表面的微弱反射将被我们银河系的明亮光芒淹没。或者它根本不是一个行星,而是一个更具异国情调的星球。

据此前报道,2019年10月,一对物理学家提出,行星9可能根本不是行星,或许是一个葡萄柚大小的黑洞,其重量相当于一颗行星,可能是在早期宇宙中形成的,最终进入我们的外太阳系。

著名弦论家提出了寻找太阳系神秘“9号行星”的新方法

伊利诺伊大学芝加哥分校物理学家、葡萄柚大小黑洞论文的作者之一詹姆斯·安温说,维滕建议的优点是,如果可行,它将适用于任何重力源。即使这个物体是如此的奇异以至于我们无法直接看到它,一张它的重力图也能帮助天体物理学家找出它在哪里。

问题是,科学家有充分的理由怀疑维滕的提议在现实生活中是否可行。因为维滕的想法涉及到快速移动的航天器捕捉相当小的质量,所以时钟必须非常精确才能有用。在光速的0.1%时,每一秒的一小部分代表一个巨大的行进距离。这就是为什么维滕计算出探测器上的时钟必须精确到每秒10万分之一,这使得测量结果很容易被微小的干扰破坏。

科学家认为9号行星很可能位于太阳顶外,那里的太阳风受到星际介质的限制。“旅行者1号”和“旅行者2号”是美国宇航局1977年发射的快速探测器,在过去十年中首次到达太阳顶,这是唯一一个人类建造的探测器。这两颗行星都还没有达到人们认为的9号行星的轨道距离。过了日光层顶,太阳风就不再在你背后了。相反,你会被漂浮在恒星之间的辐射和带电尘埃——星际介质——所打击。

著名弦论家提出了寻找太阳系神秘“9号行星”的新方法

星际介质对航天器施加的阻力可能比行星9的引力大几个数量级,由于湍流导致的这种力的不可预测的波动将引入噪声,从而使所需信号变得模糊。此外,航天器将从星际介质粒子对其表面的撞击中获得的小电荷将导致星际磁场在其轨道上的偏转,该偏转大于行星9引起的引力偏转。

虽然维滕计划的基本原则可能奏效,但在9号行星的背景下可能行不通,这项提议依赖于一种更为复杂、从未尝试过的方法来测量如此极端速度下的加速度。半人马座阿尔法星自身的太阳风可能会保护星际飞船免受星际介质的影响,从而使测量成为可能,科学家认为这在9号行星上是不可能的。一枚化学火箭,以较慢的速度移动,要花一个世纪才能到达9号行星。”

不过在我们的太阳系中,有各种各样的物体,用化学火箭发射的大型探测器进行研究是不切实际的。

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