藍色雙微行星入侵古柏帶暗示早期海王星溫和外移

畫家構思的藍色雙微行星
研究太陽系就像考古學一樣,要根據現有的資訊,來推論過去到底發生了什麼事。天文學家一直想知道:太陽系的八大行星是如何移動到現在的軌道?在這段時間內又發生了什麼事?這段失落的歷史,不僅與太陽系的生命形成環境有關,也能幫助我們進一步了解其他與太陽系類似的系統。

天文學家相信,古柏帶(Kuiper belt)是在太陽系演化過程中所留來下的原始小行星帶,由結冰的原始行星盤物質所組成。研究團隊發現有好幾個古柏帶雙微行星表面呈現藍色, 這與一般偏紅色的古柏帶天體非常不同。一般推論,藍色雙微行星應該是從離太陽較近的位置移到現今古柏帶處,這個遷移過程大概發生在距今數十億年前,且改變了所有類木行星的軌道。問題是藍色雙微行星到底是在哪裡形成的?這樣的遷移過程暗示了怎麼樣的太陽系演化過程?

「外太陽系天體起源顏色巡天」(Colours of Outer Solar Systems Origins Survey,簡稱 ColOSSOS)是由英國女王大學(Queen's University)的韋斯利·菲沙(Wesley Fraser)領軍,團隊中還包含了來自加拿大、美國、法國及台灣的天文學家,這是一項結合「外太陽系起源巡天」(Outer Solar Systems Origins Survey,簡稱 OSSOS)計劃所發現天體的大型國際合作計劃。

團隊成員結合觀測與理論模型發現,如果這些藍色雙微行星一開始在三十八到四十四個天文單位(天文單位:地球到太陽的平均距離,約一億五千萬公里)形成,並歷經一個「溫和」的海王星外移過程,就能夠存活並到達目前觀測到的位置(四十二至四十八個天文單位)。這個結果剛好與之前許多動力學的研究吻合!

這項計劃的困難度非常的高,因為需要同時協調八米的雙子星望遠鏡(Gemini telescope)與四米的加法夏望遠鏡(Canada-French-Hawaii Telescope)進行觀測。就像兩人三腳的比賽一樣,兩台望遠鏡必須要在同時做出相同的操作,觀測同一個天體,如此才算一個成功的觀測,才能消除許多觀測上的誤差。

這項研究結果對我們了解太陽系的演化,只是個開端,仍然有許多未解的問題。天文學家相信,將來會發現越來越多的天體,再加上先進的觀測設備與技術,不久之後,我們一定能更清楚了解太陽系的演化過程。

【圖:雙子天文台;文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁;撰文:陳英同(中央研究院天文所博士後研究員,本論文共同作者之一)】研究全文刊登在已經出版的《自然天文學》期刊

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