第九號行星是否真存在?我們該如何尋找?看科學家給我們答案

物理學家Edward Witten建議使用鐳射光發射探測器去尋找被稱為“第九行星”(Plant 9)的神秘的引力來源,例如“突破攝星”(Breakthrough Starshot)。

在我們太陽系外圍有一些重量很大的東西,至少看起來是這樣的。它們散布在太陽系最邊緣的地方,在那裏有著地球5到10倍重量的物體用引力拉著周圍的物體。從來沒有人見過它,盡管多年以來一直有人在用望遠鏡搜尋著這個幽靈。事實上,並不是所有人都相信它真實存在著。目前,大部分天文學家將其稱為“第九行星”(Plant 9)。

現在,著名的理論物理學家Edward Witten發表了一篇論文關於如何追蹤這顆懸浮在太陽系周圍的幽靈一般的行星——一群通過激光發射,速度達到0.1%光速的微型探測器。Witten在新發表的論文中認為,如果用數百個小探測器覆蓋這部分空間,那麼艦隊就應該能夠確定失蹤物體的位置。(這篇論文尚未經過同行評審或被期刊接受發表。)

Witten在是新澤西州高級研究所的一個理論物理學家和數學家,他最著名的工作是量子場論的數學和弦理論的統一“M理論”的創始人。他也是第一個獲得菲爾茲獎的物理學家,菲爾茲獎是數學領域最負盛名的獎項。Witten也承認,這些成就並不是NASA任務設計師建立上的典型要素。

他告訴趣味科學網站說:“我提出的尋找第九顆行星的方法是否可行,或者即使可行,這是否是最好的方法,目前還遠遠不清楚。”

Witten的想法很大程度上參考了“突破攝星”。由億萬富翁物理學家Yuri Milner,Stephen Hawking 和 Mark Zuckerberg共同創建的“突破攝星”計劃旨在探索離地球4.37光年的半人馬座阿爾法星系。“突破攝星”的理念是將小型探測器以光速的15%到20%的速度發射出去,在發射之後20到30年到達目的地。自從2016年該計劃宣布以來,還沒有確定發射日期。

Witthen在4月29號發布在arXiv數據庫裏的論文中寫到,在尋找“九號行星”的過程中,沿著“突破攝星”路線進行的項目有兩個主要的優勢。所需要的速度是可以達到的,而且發射很多成百數千的飛行器也是可行的。

Witten追蹤這個神秘物體的想法需要每個探測器攜帶兩個設備:精密的時鐘和聲波發射機。

每當時鐘到達設定時間之後,探測器將會往地球的方向發射一個短訊,讓地球上的人知道飛行器周圍的時間。但隨著探測器離地球越來越遠,短訊的傳播時間也越來越長,這些短訊到達的延遲也越來越長。將這些時鐘與地球上的原子鐘同步,然後跟蹤它們的延遲,你就可以精確地計算出每個探測器在任何特定時間離地球的距離。

這有助於研究人員描繪出探測器軌跡的地圖。在艦隊出發的前幾年軌跡是可以預測的,因為太陽系的內部的主要引力區域都是已知的。我們抬頭就可以看到大部分行星。但是,在發射大概十年之後,探測器將會到達“海王星外天體”區域,“9號天體”可能會存在於那片區域中。

“當飛船通過‘九號天體’時,該行星的引力會使他加速。最終,在特定的時間點,該探測器發出的信號會比預測到達時間慢一些。”Witten告訴生活科學網站。

通過追蹤飛行器移動的加快以及加快了多少,Witten預測這支艦隊可以定位出“九號天體"的位置和它的引力大小。Witten計算出,為了讓探測器以光速的0.1%工作,時鐘的精度必須達到10萬分之一秒,而這支艦隊將需要數百個探測器。

他指出,建造激光設備將是昂貴的,根據“突破攝星”(Breakthrough Starshot)的一份報告,這個數字為5.17億美元。但一旦設施建成,每次新的探測器發射都將很便宜,需要價值8000美元的電池電源,加上相對便宜的探測器的成本。

Witten的想法在天體物理學界引起了興奮和深深的懷疑。

對“九號行星”的搜尋已經持續了很長時間,一些天文學家開始認為,可能是某些特性使它保持隱藏。也許它的輪廓映襯著銀河系的明亮帶。在這種情況下,太陽從行星表面的微弱反射將被銀河系的明亮光芒淹沒。或者它根本就不是一顆行星,而是某種更奇特的東西。

生活科學在2019年10月報道過,有兩個天文學家提出“九號行星”可能根本不是一個行星。而是一個柚子大小的黑洞,其質量完全相當於一顆行星,有可能是在早期宇宙中產生的,最終在我們太陽系外部消亡。但就連這篇論文的作者也認為這種情況不太可能發生。即便如此,他們已經開始尋找環繞這樣一個黑洞的暗物質暈的特征:暗物質“湮滅”自身時產生的伽馬射線。

伊利諾伊大學芝加哥分校的物理學家、這篇葡萄柚大小的黑洞論文的作者之一James Unwin說:WItten的建議的優勢在於,如果它有效,它將適用於任何重力源。即使這個物體非常奇特,我們永遠無法直接看到它,但它所構建的重力地圖將幫助天體物理學家弄清楚它在哪裏,但願還能弄清楚它是什麼。

“Witten教授正在考慮一些本質上的糟糕的場景,也就是這是一顆無法觀測到的行星。又或者說它隱藏在天空中很難觀測到的地方,又或者它是一個黑洞,但暗物質並沒有湮滅(產生伽馬射線)。”Unwin又補充說道,“這就像撒了一張大網”。

Witten說:行星、黑洞,甚至是更奇特的、自存在於理論中的物體(想想:誇克金塊)都有可能絆住這張大網。

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