请问一下,太阳光照强度数据的这些数据是怎么得出来的?是谁发现的?

4.5~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据集(年)
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4.5~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据集(年)
4.5~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据集(年)
Windows95环境下Visual C++5.0对人卫测轨软件的调用
刘梁,吴建民,流峰. 紫金山天文台台刊[J],),80
数据来源:CSCD中国科学引文数据库
被引次数:
人造卫星数据库管理系统中ORACLE FORMS的应用
刘梁,流峰,吴建民. 紫金山天文台台刊[J],),69
数据来源:CSCD中国科学引文数据库
被引次数:
4.5~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据集(2002~2013年)
杨哲睿1,宁宗军1,卢磊1,孟璇1,高娜1,刘梁1*
1. 中国科学院紫金山天文台,南京 210008
通讯作者(Email: Liangliu@pmo.ac.cn)
摘要:太阳是离地球最近的恒星,观测和认识太阳一直是基础天文研究的重要部分。观测发现,太阳自身有大气层,这个大气层由于高温而几乎全部电离成等离子体,加上自生磁场的变化而存在复杂多变的太阳爆发现象,其中最典型的就是太阳耀斑爆发和日冕物质抛射。观测和研究太阳爆发现象的基本规律和理解其中的物理过程是太阳物理的研究前沿。太阳爆发现象的同时伴随着各波段射电强度的显著变化,对太阳进行不同频率光的射电强度的观测,获取其频谱数据,对太阳爆发现象的研究有重要的意义。太阳射电望远镜可实现宽带多频率同时观测,工作频率在4.5~7.5 GHz,共300个通道,采集速度10 M/s,观测的是这些频率上的太阳射电流量随时间变化的数据。观测得到了年的射电频谱数据,已经积累200多个太阳耀斑爆发时期的频谱数据。
关键词:太阳射电;多通道;频谱图片;IDL;fits
A dataset observed by solar radio spectrometer at 4.50 – 7.50 GHz (2002 – 2013)
Yang Zherui, Ning Zongjun, Lu Lei, Meng Xuan, Gao Na, Liu Liang
Abstract: The sun is the nearest star to
Earth. For long, solar observations have been an important component of fundamental astronomy researches. Earlier researches show that the sun has its own atmosphere which has been almost entirely ionized to plasma due to its high temperature. Changes of its built-in magnetic fields could result in spontaneous and complex solar eruption phenomena, such as the solar flare and the coronal mass ejections(CMEs). Observations on these eruptions and understandings of their physical processes have been the frontiers of solar physics. Since solar eruption is often accompanied by significant changes in the radiation intensities of different frequency bands, multi-band observations are very important for the study of solar eruption phenomena. The spectrometer at Purple Mountain Observatory could carry out multi-channel solar observations in radio frequency band. Its working frequency ranges from 4.5 GHz to 7.5 GHz, which was divided into 300 channels. It has a temporal resolution of 5 ms and its sampling rate reaches 10 M/s. The spectrometer has observed more than 200 solar flares, and our online database stores the
data observed from 2002 to 2015.
Keywords: multi- f IDL; fits
数据库(集)基本信息简介
数据库(集)中文名称
4.5~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据集(年)
数据库(集)英文名称
The Spectral Data at Waveband 4.50–7.50GHz of Solar Radio Spectrometer of the Purple Mountain Observatory ()
刘梁(Liangliu@pmo.ac.cn)
宁宗军、卢磊、孟璇、杨哲睿、高娜、刘梁
数据时间范围
太阳大气辐射
数据服务系统网址
, http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/24
国家自然科学基金项目(2014),“太阳活动的高分辨观测与研究”,;国家自然科学基金项目(2015),“太阳耀斑和亮点中双向出流的成像观测研究”,;中国科学院天文专项支持项目(年),“紫金山天文台太阳射电望远镜的观测与维护”
数据库(集)组成
数据集包含年,年紫金山天文台太阳射电频谱观测数据。每日的数据包含观测时段内每10 s一个的fits格式文件
太阳射电辐射是基础物理辐射理论的试金石。太阳大气层中的射电辐射主要来自于等离子体辐射、同步辐射和MASER辐射,这些辐射主要是由于太阳爆发时加速产生的高能电子在等离子体和强磁场中运动而导致。因此,观测和研究射电辐射是理解和认识太阳耀斑加速的基本途径之一。
紫金山天文台(下文简称“紫台”)太阳射电望远镜(即太阳射电频谱仪)是我国上世纪九十年代末开始采用的专业设备,记录太阳活动产生的射电辐射。该仪器从低频到高频每隔10 MHz进行采样观测,采样的频率范围从4.5~7.49 GHz,共300个通道,完成一次采样的时间为5 ms。该数据集包含从年、年的紫台太阳射电频谱数据,年由于设备故障数据未存档。存档数据在被具体用于科学研究之前,通常要被定标成太阳标准流量[1]。频谱图上记录的微波辐射时间精细结构与太阳耀斑有着十分密切的关系,对于研究耀斑爆发过程中的粒子加速和辐射机制等物理过程有重要的意义[2-7]。
1 数据采集和处理方法
紫台太阳射电望远镜位于紫金山观测站上,观测白天的太阳活动,具体观测时间为北京时间9:00~16:00,格林尼治时间1:00~8:00。设备输入电压范围在-1~0 V,在4.5~7.5 GHz范围内每隔10 MHz为一个通道,共300个通道,观测的是这些频率上的太阳射电辐射流量随时间变化的数据。数据采集的时间精度为1 ms,采用5路时分复用方法采集300路数据,每组60通道,则每5 ms内300通道都能采集1次数据。设备使用GPS提供的秒脉冲作为数据采集的基准脉冲,M-GPS秒脉冲误差小于0.1 us,每次秒脉冲到来开始采集该秒的数据,使用50 MHz晶振作为每 ms的数据采集基准,保证了原始数据的准确度。最终做到每个通道(单个频率)每5 ms采集到一次数据。来自太阳的射电信号经过天线和接收机两次传输才最终转换成可供存储的电子信号。
连续观测得到的太阳射电频谱数据存储在以num为扩展名的文件中。它们的文件名由8位数字ddhhmmss构成,数字表示首组观测数据对应的日、时、分和秒。平均每10 s生成一个num文件,前面64个字节是文件的头部信息,接着是每次采样、每通道2个字节(整型)的采样对象强度值。
每个文件的信息都在数据文件的头文件中,头文件信息如下:
生成的num格式原始观测数据保存在磁盘中,由科研人员从观测站用移动存储携带至研究所做进一步处理。为了使我们的数据对每个科研人员可读,我们用IDL程序NUM_to_fits.pro[8]统一将原始观测数据转化为fits格式,其源代码链接:。
2 数据样本描述
4.5~7.5 GHz太阳射电频谱数据的文件名由8位数字ddhhmmss构成,表示首组观测数据对应的日、时、分和秒,后缀名为fits。观测时间段中每10 ms有一个数据文件,文件分为头文件和射电数据两部分。文件的头部信息记录观测的参数,接着是每次采样、每通道的采样对象强度值。
以日数据.fits为例,该数据为日12点35分39秒至49秒内,4.5~7.5 GHz的300个通道(带宽10 MHz)每5 ms采样一次的太阳射电强度。其头文件信息如表1。
表1 .fits头文件信息
射电强度为300行、2000列的二维浮点型数据,其中300行代表300个通道,2000列代表每个通道在10 s内采样的2000次射电强度值,单位为AU(Arbitrary Unit)。由于数据过大,此处仅列举第100行、前50列的数据,IDL命令为print,data[0:49,99],数据显示如下:中间一栏是观测的参数名称,右栏是参数值。参数值代表fits文件生成于日12:52:35;数据为二维浮点型数组,第一维有2000个元素,代表当地时间(北京时间),比世界时间早8小时,第二维有300个元素,代表光的频率;观测时间是日12:35:39,观测站是紫台太阳射电观测站;射电数据中最低为57,最高为4095;光频率范围从4.5 GHz至7.5 GHz,光的频率分辨率为10 MHz,时间分辨率为5 ms。
数据代表在日12点35分39秒至49秒第100个通道(光频率4.95 GHz)在0 ms、5 ms、10 ms、…、245 ms的射电强度分别为346、338、342、…、339。
3 数据质量控制和评估
太阳射电频谱数据包含300个通道的频谱强度,由于观测设备的通道故障以及环境干扰,可能有的通道数据无效。选取观测时间内某一时刻的射电强度,设该时刻300个通道的射电强度依次为x1、x2、x3、…、x300,求其平均值x和标准差s:
依次求x1、x2、x3、…、x300和x之差的绝对值d1、d2、d3、…、d300。将其与3s进行对比,如果dn&3s,则判断该日第n通道数据无效。将该日的频谱强度数据中无效通道的值改为左右相邻有效值的平均值。无效通道数一般在15~30个左右,占总数据的5%~10%左右。
4 数据价值
4.7~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据可呈现不同频率太阳光在不同时间的强度的多角度变化曲线,观察太阳耀斑产生的微波辐射精细结构,分析其中的物理过程。自紫台太阳射电望远镜1999年8月投入工作以来,已经利用观测数据发现并分析了大量的射电爆发事件以及一些该波段特有的频谱精细结构[9-12]。
太阳射电频谱观测数据集所处波段为4.5~7.5 GHz,其时间分辨率(5 ms)、频率分辨率(5 MHz)精度很高。云南天文台的射电频谱数据仅包含0.6~1.2 GHz频段。国家天文台的射电频谱数据的频段为5.2~7.6 GHz,时间分辨率为5 ms,但是其频率分辨率只有20 MHz。
我们举例对比4.5~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据和其他数据对同样太阳事件的观测效果。共同事件的观测往往可用来检验和证明望远镜的观测特点。图1是日太阳耀斑的观测数据生成的频谱图片。图1共分5层,为国内外不同观测设备的观测数据的频谱图片。第4层图案是用紫台射电频谱仪数据绘制的4.5 GHz通道的频谱图片,横坐标是时间,纵坐标是射电强度。紫台太阳射电频谱仪凭借自身的高时间和高频率分布率观测到在4.5~7.5GHz频带范围内大量的时间精细结构,如第5层所示,横坐标是时间,纵坐标是光频率(通道),象限中的亮度即为坐标对应的通道和时间的射电强度,整个精细构持续时间只有6 s,其观测到4组脉动漂移结构。和低频率的这类结构类似,它是由许多短时标、窄带脉冲结构组成。这些脉冲结构的强度、持续时间有一定的规律,频率服从幂律分布,和耀斑的分布类似,但是组成的整体有频率漂移。与此前观测到的脉动结构向低频率方向漂移的结果相反,我们首次观测到向高频率方向漂移的脉动结构[11]。同时,这个耀斑也被其他空间或者地面望远镜观测到。第1~3层中有GOES和RHESSI卫星[13]的软X射线和硬X射线观测曲线,也有日本野边山太阳射电偏振计[14]的观测,特别是野边山在2 GHz上的观测曲线,和紫台射电频谱仪的观测结果一样,同时出现一个峰。这个爆发峰就是我们望远镜观测到的时间精细结构。因此,在高分辨率的观测下复杂多样的时间精细结构,在低时间分辨率只能看到是一个简单的突起或者爆发峰,没有其他信息。这也就体现出紫台射电频谱仪数据高时间、高频率分辨率的优点。因为这些快速、窄带的爆发现象是对应太阳耀斑中粒子加速、特别是电子加速的过程,这些精细结构的研究对于理解耀斑中短时间内电子加速过程提供了第一手资料。
图1 各大射电频谱仪对2003年3月18日太阳耀斑观测生成的频谱图片
5 数据使用方法和建议
太阳射电频谱数据在使用中将其处理转化为频谱图片进行太阳活动的研究。利用IDL标准程序readfits.pro[15]进行相关处理和数据的输出,其源代码链接:http://www.pmo.csdb.cn/program/readfits.pro。读取数据“.fits”的执行命令为:data=readfits('/home/yangzr/23539.fits',h)。
数据读取后进行IDL作图,可以图示某一个通道随时间变化的曲线,也可以同时展示每一个通道的射电强度随时间的变化,时间坐标上相邻点间隔仅为数据采集间隔5 ms,高时间分辨度的频谱图片反映通道频谱在微小范围内的变化,利于研究短时标内太阳耀斑爆发产生的微波辐射时间精细结构。
用IDL程序对.fits数据作图,可得到某一个通道的光在该段时间内的强度变化,如观察第201个通道(光频率6.5 GHz)的变化(图2),横坐标为记录时间,单位为5 ms,持续时间为10 s,纵坐标为射电强度。作图程序执行的命令为:plot,data[*,200]。
图2 第200个通道(6.5 GHz)光在2005年8月25日12:35:49到12:35:59的射电强度
也可作图得到该段时间内所有通道的射电强度(图3),横坐标为记录时间,单位为5 ms,持续时间为10 s;纵坐标为300个通道;象限内色彩的明暗代表射电强度的大小。执行的命令为:plot_image,data。
图3 所有通道(4.5~7.5 GHz)内光在2005年8月25日12:35:49到12:35:59的频谱图
可将长时间范围或全天的10 s时间数据(单个fit文件)进行累加,得到长时间或单日的数据。例如da1、da2、…为10 s数据,将其拼接为连续的数据daydata。命令为:daydata=[da1,da2,…]
再用命令plot,daydata[*,x]显示第x个通道的光在长时间范围或一天内的强度变化。用命令plot_image,daydata显示长时间范围或一天内所有频率(通道)光的强度变化。图4中左上图为日4:36:51.5所有通道的射电强度,右上图为一天观测时间内所有通道的射电强度变化,右下图为6.31 GHz通道在该日观测时间内的射电强度变化。
图4 2005年8月25日在观测时间(世界时)内的频谱图片
也可将长时间范围或全天观测的射电频谱数据进行积分归并,再整体作图。将连续的40组观察间隔5 ms数据,累加平均,便能得到积分时间为0.2 s的数据。将连续的200组5 ms数据累加平均,便能得到积分时间为1 s的数据。可将一批或全天的射电频谱数据中的5 ms数据,积分成0.2 s或1 s的数据。在此基础上进行频谱制图,将其时间分辨率降低为0.2 s或1 s,有利于提高图片显示的速度。
本文在撰写过程中,得到了紫台台长杨戟研究员的悉心指导,和中国科学院计算机网络中心科学数据中心的支持与帮助,在此表示衷心的感谢。
数据作者分工职责
杨哲睿(1987—),男,江苏省南京市人,硕士,助理工程师,研究方向为计算机科学与技术。主要承担工作为数据库网站研发、数据服务器搭建和升级、数据发布和共享、数据出版材料撰写。
宁宗军(1972—),男,陕西省凤翔县人,博士,研究员,研究方向为太阳物理的多波段观测研究。主要承担工作为观测设备建设,数据研究分析。
卢磊(1987—),男,安徽省亳州市人,博士,研究方向为日冕物质抛射。主要承担工作为主要负责数据的转移、整理,以及数据转化、加工编程,后续数据处理。
孟璇(1973—),女,江苏省盐城市人,本科,工程师,研究方向为太阳高能事件探测及数据处理方法。主要承担工作为观测设备硬件部分编程、数据处理。
高娜(1985—),女,甘肃省白银市人,硕士,工程师,研究方向为计算机科学与技术。主要承担工作为紫台重点数据库项目申请。
刘梁(1970—),男,江苏省淮安市人,博士,正高级工程师,研究方向为计算机科学与技术。主要承担工作为紫台重点数据库项目申请、规划、执行。
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[15] 卢磊. IDL程序readfits.pro[Z/OL]. 2013. http://www.pmo.csdb.cn/program/readfits.pro.
(1) 宁宗军, 卢磊, 孟璇, 杨哲睿, 高娜, 刘梁. 4.5~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据集(年)[DB/OL]. Science Data Bank. DOI: 10.11922/sciencedb.590.24.
引文格式:杨哲睿, 宁宗军, 卢磊, 孟璇, 高娜, 刘梁. 4.5~7.5 GHz太阳射电频谱观测数据集(年)[J/OL]. 中国科学数据, ). DOI: 10.11922/csdata.590..
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太阳系发现未知第九大行星?且慢下定论
  出品:科普中国
  制作:中国科学院国家天文台 郑永春
  监制:中国科学院计算机网络信息中心
  编者按:
  太阳系发现新行星是公众很感兴趣的话题,但这几年都有类似成果声称太阳系可能存在未知行星由于柯伊柏带天体运行轨道与预期不符,有天文学家提出,太阳系内柯依伯带以远的区域内可能存在未知的大行星。由于这些区域又冷又暗,未知行星反射的太阳光极为微弱,要通过观测确证未知行星非常困难。但未知行星一旦确证,将改变太阳系的疆界,行星的定义可能又要重新修改,太阳系形成模型也要修改。深空探测将在发现大行星的过程中发挥关键作用。
&&& 公众感兴趣的话题
  日,美国加州理工学院的迈克·布朗和康斯坦丁·巴特金在《天文物理期刊》发表他们的研究成果,宣布发现太阳系柯伊伯带中6颗天体的运行轨道异常,这6颗天体虽然以不同速率运转,但其运行轨道却拥有相同的倾角,且朝向太阳的角度相近,而自然条件下碰巧出现这一情况的几率只有1/1%)。在排除其他可能性后,这两位天文学家认为,造成这种现象的原因可能是一颗未知行星在背后默默地发挥引力影响。
  据推测,这颗可能的“太阳系第九大行星”的质量约为冥王星的4500倍,地球质量的10倍,因此其引力将显著影响位于柯依伯带几颗“矮行星”的运行轨道。
  这颗未知行星沿“奇特的楕圆轨道”绕太阳运行,与太阳之间的平均距离约为320亿千米,远日点约为1600亿千米,而冥王星和太阳之间的平均距离约为59亿千米,远日点约为74亿千米。
  这颗未知行星环绕太阳一周需时1至2万年,而冥王星环绕太阳一周需要248年,海王星需要164.8年。这颗未知行星可能为一颗巨型气态行星。
  根据2006年国际天文联合会通过的决议,要成为太阳系的行星,需满足三个条件:一是绕太阳运行;二是质量足够大,才能以自身重力克服刚体力,呈现流体静力平衡状态的圆球体;三是能将邻近轨道上的天体清除。
  但是,这两位天文学家也承认,目前还无法通过望远镜观测到这颗未知行星,因为这颗未知行星距离太阳十分遥远,行星表面反射的太阳光极其微弱,所以看起来就像黑屋子中的一颗煤球,极难发现。科学家们寄希望于2021年世界最大光学望远镜——大麦哲伦望远镜建成时,或许有可能观测到这颗未知行星。
  当然,这颗未知行星还只是一个预测,并没有任何观测证据的证实,科学家圈子里也还存在很多不一样的声音。虽然法国轨道动力学家亚历桑德罗·摩比德利(Alessandro Morbidelli)表示“完全相信”存在这颗未知行星,美国宇航局首席科学家艾伦·斯托芬(Ellen Stofan)在接受BBC采访时却对这所谓的“第九大行星”表示怀疑,因为开普勒太空望远镜在太阳系外的恒星系统中找到了几千颗类似超级地球的行星,但没有一颗系外行星的大小介于地球和海王星之间。美国西南研究院的行星科学家Hal Levison认为:“在我的职业生涯看到过很多类似研究和说法,但事实证明都是错误的。”
  由于未知行星的引力会影响柯依伯带天体的运行轨道发生倾斜,如果未来观测到该区域更多天体的运行轨道发生异常,存在这颗未知行星的结论会更有说服力。
太阳系内可能的未知行星(Planet Nine)
  柯伊伯带的天体
  柯伊伯带(Kuiper belt)在海王星轨道之外,位于距离太阳约40~50个天文单位的黄道面附近,是一个小天体密集的圆盘状中空区域。柯伊伯带中最著名的天体是直径约2300千米、现已被降级为矮行星的冥王星。在观测到的柯伊柏带天体中,直径数百公里以上的至少有十几颗,且这一数字仍在继续增加。
柯伊伯带区域中一些矮行星的运行轨道
  柯伊伯带的天体主要包括冰冻的小行星、彗星和矮行星。其中:
  彗星主要由甲烷、氨和水等冰冻物质组成,也有石块和尘埃。柯伊柏带是短周期彗星的老家,著名的哈雷彗星就产于该带;
  柯依伯带的小行星主要由岩石和金属组成,其成分可能非常不同于火星和木星之间小行星带中的小行星,有些小行星可能是彗星中的挥发物逃逸后形成的;
  矮行星是直径上千公里、成球体的行星,由于没有足够的小天体供其碰撞、吸积,成为一颗长不大的侏儒行星。在5颗矮行星(冥王星、阋神星、谷神星、鸟神星、妊神星)中,冥王星仍然是柯伊伯带最大的天体。
  除此之外,一些巨行星的卫星,如海王星的卫星海卫一、土星的卫星土卫九,可能最早也起源于柯伊柏带,后来受引力摄动才进入巨行星附近。柯伊伯带的天体是太阳系演化的遗迹,记录着太阳系形成之初的信息。
  1992年,人类才艰难地首次观测到除冥王星和冥卫一(卡戎,Charon)外的第一个柯伊伯带天体——距离太阳46个天文单位、直径250千米、轨道周期为289年的“1992 QB1”(小行星编号15760),开启了发现柯伊柏带系列天体的序幕。
  实际上,“1992 QB1”是当年8月下旬观测到的第27个柯伊柏带天体。如今在柯伊柏带观测到的天体已经超过1000个。那时我们还不知道是否存在柯伊伯带。而现在,深空探测器新视野号已经飞抵那里亲临探测。
  柯伊伯带并非太阳系的边界,从太阳向外延伸两光年之远的奥尔特云才是太阳系的边界,奥尔特云是长周期彗星的主要聚集地。除了火星和木星之间的小行星带、柯伊柏带和奥尔特云外,靠近柯伊柏带、且偏离黄道面的一个区域,也离散分布着一些小天体,这些天体被称为“离散柯伊伯带天体”(scattered Kuiper belt object,SKBO)或黄道离散天体(scattered disc objects),这一区域被称为离散盘,其中最知名的是距离地球90个天文单位的阋神星(编号136199 Eris),直径约为公里,比冥王星还要大。
&& 未知行星将导致柯依伯带天体的轨道异常
  2012年,位于里约热内卢的巴西国家天文台罗德尼·葛姆斯(Rodney Gomes)教授在美国天文学会议上报道了关于未知行星的研究结果。葛姆斯发现,柯伊柏带约有6—7颗天体的轨道都显得非常奇怪,其中包括非常有名的赛德娜(Sedna),与现有的太阳系模型预测的正常轨道情况不同。虽然导致这些天体运行轨道异常可以有不同的原因,但最简单、最直接的解释就是太阳系中还存在一颗尚未被发现的未知行星。这颗行星的质量足够大,其引力足以影响柯伊伯带天体的运行轨道。
  不管如何,如果真的存在这样一颗未知行星,由于距离太阳非常遥远,这颗天体可能非常暗弱。因此很难被望远镜发现,要想找到它将是一项挑战。由于未知行星会对柯伊伯带天体施加引力摄动影响,因此科学家们可以感受到它的存在。
  由于不同距离的天体之间都会存在相互作用,因此需要考察尽可能多的天体,才能使得轨道计算更为精确。葛姆斯对92颗柯伊伯带天体的轨道进行了分析,发现如果没有一颗未知行星的扰动,这六颗天体的轨道将运行在一个近乎圆形的绕太阳公转轨道;当假设有一颗未知行星扰动,这六颗天体才有可能运行在如此高偏心率的轨道上,即计算的轨道与实际观测到的轨道吻合。
  根据假设,这颗未知行星有两种可能,一种可能是:大小与海王星相当,直径大约为地球的4倍,距离太阳约2250亿千米(1500个天文单位)。另一种可能是:大小与火星相当,直径约为地球的一半,但运行轨道是极高偏心率的椭圆轨道,周期性地运行至距太阳约80亿千米(53个天文单位),这同样也可以影响柯伊柏带天体的运行轨道。
  葛姆斯猜测这颗未知的行星可能是被其原先所在的行星系踢出后,成为一颗流浪行星,又在随后被太阳的引力俘获而留下的外来者。或者,也有可能这颗想象中的行星形成于更加靠近太阳的位置,只是后来在与其它太阳系大行星的引力作用下被抛出到了现在的外缘位置。
  由于未知行星的一切都是未知的,这颗行星在什么位置,它的运行轨道是圆形还是椭圆形的?轨道偏心率是多少?质量和体积是多大?这些都是假设的,所以这种轨道计算存在很大的不确定性。葛姆斯的计算结果并未能为天文学家搜寻这颗未知行星提供任何位置信息,他说:“它可能在任何位置上。”
目前已经被观测证实的海王星轨道之外的大型天体
&&& 未知行星严重缺乏证据
  尽管对太阳系未知行星的说法感到很有意思,但大多数天文学家都对此想法持有谨慎态度,他们认为需要更多证据,才会接受太阳系中再次出现第九颗大行星的想法。
  罗尼·巴内斯(Rory Barnes)是美国华盛顿大学的天文学家,他说:“很显然,在太阳系中找到另一颗大行星是一件大事,但是我并不认为他已经给出了任何可以证明真的存在这样一颗天体的证据。”相反,他指出,葛姆斯是“给出了一种方法来确定这样一颗行星究竟将如何对我们太阳系外缘区域产生影响。因此目前缺乏证据。我想其中最重要的一点在于他为我们指出了一条道路去发现这样的证据。”
  道格拉斯·汉密尔顿(Douglas Hamilton)来自美国马里兰大学,他也同意这样的看法,那就是葛姆斯的计算结果还远远不能算是确定性的。他说:“他所做的概率性计算结果只能是说明这一情形存在的可能性稍大一些。他并没有给出确凿的证据。”
  还有海尔·列维森(Hal Levison),他是美国宇航局西南研究所的研究员,他说他不知道该如何理解葛姆斯的发现。列维森说:“我感到很惊讶,我不能理解一颗像海王星那样大小的天体如何会造成像他(葛姆斯)所观察到的那种影响。”不过他也表示:“我认识罗德尼,我确信他一定是经过了精心计算的。”
&&& 未知行星不是一颗,而是至少两颗?
  在冥王星以远的太阳系空间,可能至少隐藏着两颗未知行星,其引力影响了海王星外已知天体的轨道。冥王星以远的冰冻天体的艺术图
  在冥王星以远的太阳系空间,可能至少隐藏着两颗未知行星,其引力影响了海王星外已知天体的轨道。这一结论是西班牙马德里康普顿斯大学和英国剑桥大学的科学家,通过数学计算而得出的。如果得到证实,这个假说可能会颠覆太阳系的模型。
  在过去数十年内,天文学家一直对太阳系中是否存在未被发现的未知行星争议不断。按照最近所作的计算,想要解释已知的那些极端海王星外天体(ETNO)的轨道,太阳系里就必须存在不止一颗、至少两颗未知行星。
  目前被广泛接受的太阳系理论认为,海王星轨道以外穿行的这些天体,轨道分布应该是随机的。再加上某种观测偏差,它们的轨道必须满足一系列特征:轨道半长轴接近150天文单位(1天文单位相当于地球到太阳的平均距离),轨道倾角几乎为0°,近日点辐角也要接近0°或者180°。
  但已发现的十多颗极端海外天体的实际情况却很不相同:它们的轨道半长轴相差极大(介于150天文单位和525天文单位之间),轨道倾角的平均值约为20°,近日点辐角则是–31°,没有任何一个天体接近180°。
  这项研究的合作者、马德里康普顿斯大学的科学家卡洛斯·德拉富恩特·马科斯(Carlos de la Fuente Marcos)解释说,“这些天体的轨道参数出人意料,让我们相信有某种不可见的力量在改变这些ETNO天体的轨道参数。最有可能的解释是在海王星和冥王星以外还有其他未知的行星。”
  马科斯认为:“考虑到我们掌握的数据非常有限,未知行星的具体数目现在还未知,但我们的计算暗示,在太阳系疆域内至少还有两颗未发现的行星,甚至更多。”
  为了从事这项研究,科学家分析了一种被称为“古在机制”(Kozai mechanism)的效应,即一个较大天体施加的引力扰动,会对另一个小得多的遥远天体的轨道施加影响。作为参考,他们以96P彗星梅克贺兹一号(96P/Machholz1)为例,分析了木星的引力如何通过古在机制影响它的轨道。
  尽管这些科学家得出的结论让人吃惊,研究者也意味到,他们的数据要面对两个问题。一方面,他们的结论与当前太阳系形成模型的预言相悖。太阳系形成模型宣称,在海王星轨道以外没有任何其他行星沿圆形轨道环绕太阳旋转。
  然而,最近阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵(ALMA)射电望远镜已经在金牛座HL星周围超过100天文单位的地方发现了有行星正在其中形成的物质盘。这颗恒星比太阳更年轻,质量也更大。这一发现暗示,行星可以在距离恒星系统的中心上百天文单位以外的地方形成。
  另一方面,研究团队承认,他们的分析所依据的样本天体数量太少(确切地说,只有13个),但他们指出,未来数月,会有更多结果陆续发表,样本数量也会更多。德拉富恩特·马科斯说,“如果得到证据,我们的结果可能会是天文学中一场真正的革命。”
  2015年,美国双子星天文台和卡内基学会的研究人员在太阳系内发现了一颗“塞德娜式”的天体——2012 VP113。据估算,这颗天体的直径约为450千米,与太阳的最近距离约为80个天文单位。两位发现者推测,这颗天体的轨道可能受到一颗又黑又冷的超级地球的影响,其大小约为地球的10倍。
  不管怎样,在天文望远镜观测证实之前,太阳系存在未知行星一切还只能是推测。
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