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本文來自微信公眾號：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

太陽系中是否存在一個未被發現的第九行星？這個問題已經困擾了科學家多年，因為他們觀察到太陽系外圍某些小型天體有著極不尋常的軌道。然而，一些科學家認為，也許這些現象并不是由一個隱藏的行星造成的，而是由于我們對引力的理解有所偏差。

太陽系外緣有一個類似小行星帶的區域，叫做柯伊伯帶（Kuiper belt）。它的范圍從海王星軌道（距離太陽約 30 個天文單位，1 天文單位約等于地球到太陽的平均距離）開始，一直延伸到距離太陽約 50 個天文單位處。如同主小行星帶，柯伊伯帶主要包含很多小型天體。柯伊伯帶還包含至少 4 顆矮行星，分別是冥王星、妊神星、鳥神星和鬩神星。

2016 年，科學家發現柯伊伯帶中一些小型天體有著極不尋常的軌道，他們推測這或許是一顆未被發現的行星的引力所致。這顆假想的行星被稱為“第九行星”，據推算，其質量約為地球的 5 到 10 倍，直徑是地球的 2 到 4 倍，軌道的長半軸約為 400 到 800 個天文單位。

但在最近，一組科學家在《天文學雜志》（The Astronomical Journal）上發表了一篇論文，并指出那些柯伊伯帶天體的異常軌道可能并不是由一個隱藏的行星造成的，而是由于我們對引力的理解有所偏差。

他們研究了如果引力遵循一種叫做“修正牛頓動力學”（Modified Newtonian Dynamics）的理論，銀河系對太陽系柯伊伯帶天體會產生什么樣的影響。

什么是修正牛頓動力學？

修正牛頓動力學是由以色列物理學家莫德海?米爾格羅姆（Mordehai Milgrom）于 1983 年提出的，最初是為了解釋為什么星系邊緣恒星的旋轉速度大于預期。

根據牛頓引力定律，星系邊緣區域的恒星應該以較慢的速度旋轉，然而，觀測表明，這些恒星實際上以相當高的速度旋轉，這意味著星系中必須有一種看不見的物質來提供額外的引力。

這種看不見的物質被稱為暗物質，它是目前主流的引力理論所假設的。然而，暗物質至今沒有被直接探測到，它的本質和分布仍然是一個謎。修正牛頓動力學則提出了另一種可能的解釋，而不需要引入暗物質這個概念：牛頓引力定律只適用于高加速度的情況，而在低加速度下，引力會發生變化，導致不同于預期的效果。

具體來說，在很低的加速度下，物體之間所受到的引力與它們之間距離成反比，而不是與距離的平方成反比。此時，物體之間的引力會比牛頓引力定律預測的要強，這就可以解釋為什么星系邊緣區域的恒星能以如此快的速度旋轉。

修正牛頓動力學如何影響太陽系？

修正牛頓動力學雖然可以很好地解釋星系尺度上的觀測，但它是否也能適用于太陽系呢？這就是美國凱斯西儲大學的物理學家哈什?馬圖爾（Harsh Mathur）和美國漢密爾頓學院的物理學家凱瑟琳?布朗（Katherine Brown）想要探索的問題。

為了探究這個問題，他們研究了銀河系對太陽系柯伊伯帶天體的引力影響。在牛頓引力定律的框架下，這種作用是可以忽略不計的，但在修正牛頓動力學的框架下，它可能會產生顯著的影響。

他們發現，在足夠長的時間尺度下，柯伊伯帶中一些天體軌道的長軸會逐漸沿著指向銀河系中心的方向對齊，并且遠日點朝向銀河系中心。這種對齊會導致這些天體的軌道看起來出現了異常，從而形成了一種第九行星存在的假象。

馬圖爾和布朗稱，這種對齊現象非常“引人注目”。他們的研究不僅說明了修正牛頓動力學能適用于太陽系，還揭示了太陽系邊緣的異常現象可能源于我們對引力理解的偏差，而不是因為存在一顆未被發現的行星。

不過，他們也坦言，這項研究存在諸多不確定性和局限性，例如數據不充分，以及修正牛頓動力學本身仍有許多爭議。比如說，修正牛頓動力學雖然能夠解釋星系邊緣異常高的旋轉速度，但并不適用于所有星系，科學家仍然需要暗物質來解釋。它也不能解釋暗物質理論所能解釋的一些現象，如宇宙微波背景輻射的溫度漲落和宇宙大尺度結構的形成。而且，它與廣義相對論也有沖突。

因此，他們的研究還需要更多的觀測和實驗來驗證。“無論結果如何，這項工作表明，太陽系外緣是探索引力和物理學基本問題的一個重要實驗場所。”布朗說道。

參考文獻：

• https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/acef1e

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的太阳系中真的存在第九行星吗？或许只是牛顿的引力理论出了问题的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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