太阳系边缘的“命运女神”？
NASA的空间望远镜WISE可能在太阳系边缘发现类木行星“命运女神（Tyche）”的消息其实是在去年而非今年公布的，不过因为相关论文刚刚正式发表的缘故，这件事近日被媒体广泛报道，所以得到了公众的热议。本文的目的就是要理一理事情的来龙去脉，看一看这个消息是否确切。
先从事件的主角WISE说起。WISE全名广域红外巡天探测者，于2009年12月14日发射进入太阳同步轨道，翌年7月中旬完成了第一次全天红外巡天。去年10月在冷却剂耗尽之后，WISE又开始了主要针对小行星和彗星的扩展任务，随后在2011年2月转入休眠状态。这架空间望远镜的研究目标很杂，从近地小天体到宇宙中的星系无所不包，其中一个关键目标就是在红外波段寻找未知的冷天体，包括褐矮星、小行星等等，它也确实在此方面作出了大量的新发现。
WISE的艺术概念图。（图片提供：NASA/JPL）
去年，来自路易斯安那大学拉斐特（Lafayette）分校的天体物理学家约翰·梅忒斯（John Matese）与丹尼尔·惠特迈尔（Daniel Whitmire）向太阳系研究刊物《伊卡鲁斯（Icarus）》提交了一篇论文，文中宣称在奥尔特云中可能存在一个木星质量的行星（也就是所谓的“命运女神”），并进行了一系列观测和动力学的探讨，还给出了可能的轨道根数。这篇文章在今年2月正式发表，不过预印本去年4月就已经在网络上公开了。
其实文中的说法并非新论，梅忒斯等人早在1999年就提出，根据长周期彗星远日点分布以及轨道根数，它们有可能受到了太阳系边缘一颗木星级天体的影响，而不仅仅是受到银河系恒星的潮汐力作用。新的论文作了动力学分析，讨论了由彗星以及先前的红外线观测给出的线索，并认为现在看来这样的天体存在的可能性更大了。但是文中并没有提到太多WISE本身的数据，只是提到WISE应该有能力发现它而已。
奥尔特云位置示意。（图片提供：Southwest Research Institute）
为什么这个天体名叫命运女神呢？这要牵扯到20世纪80年代的“复仇女神（Nemesis）”假说。按照这种假说，“复仇女神”是太阳的低光度伴星，它可能是白矮星，也可能是褐矮星。这颗伴星位于奥尔特云之外，在高度偏心的椭圆轨道上运行。由于这样的天体非常暗淡，我们很难观测到它。提出这一假说的目的是解释史前大致每2600万年一次的生物大灭绝。如果“复仇女神”确实存在，那么每次它沿椭圆轨道扫过太阳系外边缘的时候，都会扰动奥尔特云中的大量彗星向内太阳系冲来，大大增加地球被小天体撞击的几率，进而引发生物圈的灾难。由于这颗假设的伴星可以给地球带来破坏性的影响，研究者用希腊神话中的复仇女神为其命名。
“复仇女神”的身份到现在也还是未知数。如果确有其物，根据上一次生物灭绝的时间，它现在应该距离太阳大约50000到100000天文单位，甚至还有人根据长周期彗星的轨道推算出，现在它应该位于长蛇座附近。不过近来的研究认为，史前的物种灭绝可能并不是一个周期性事件，这样看来似乎也不大需要借助复仇女神的假设了。何况后来的分析表明，这种高度偏心的轨道可能并不稳定。无论如何，WISE以及计划中的Pan-STARRS等巡天也具备探测这样的天体的能力，也许在不久的将来人们就知道它到底存在与否了。
想象中的“复仇女神”，图中央的暗淡光点表示太阳。（图片来源：Wikipedia）
命运女神假说看似与早年提出的复仇女神很相似，但是二者之间不能划等号。梅忒斯等人设想中的行星并不会像复仇女神那样扰动大批的彗星引发灾难，而且个头更小，与太阳的距离也比前者来得更近，于是他们就选择了希腊神话中与复仇女神息息相关的命运女神作为这个天体的名字。
由于先前的IRAS卫星和2MASS巡天并未找到“命运女神”的线索，这就为其质量定出了上限：对于质量为木星5倍的行星来说，它与太阳的距离至少是10000天文单位。梅忒斯和惠特迈尔计算出的“命运女神”轨道半径大约是海王星的500倍，合15000天文单位，轨道周期180万年，质量介于木星的1到4倍之间，WISE之前的其他红外观测项目确实不具备发现它的能力。虽然距离遥远，这样的天体温度却并不像人们设想的那样低。环境的低温让星体冷却并导致巨型气体星球的收缩，但收缩带来核心区域的加热，这一过程名为开尔文—亥姆霍兹机制，可以让奥尔特云中的类木行星表面温度保持在相对较高的200开尔文左右，比海王星和冥王星还要高得多——这一温度对应的热辐射谱正好可以落在WISE的观测波段之内。
以上基本也就是梅忒斯和惠特迈尔的推断了。需要注意的是，他们只是说木星级的“命运女神”有可能存在、而且WISE有能力发现它，但这并不意味着WISE业已发现了它。现在WISE的数据尚未处理完毕，人们无法确定这颗行星的信息是否存在于观测档案中。就算到了4月WISE公布最初一批数据公布后，可能都还无法下定论，必须要等到2012年全部数据分析完毕并公开才可以知道，WISE到底找没找到命运女神。在此之前，一切都只是假说而已。
那么什么样的证据可以说明“命运女神”的存在？WISE在冷却剂耗尽之前对全天巡视了1.5次，随后又在两个波段上巡天一次。在这一年多的周期里，奥尔特云天体的位置应该可以发生明显变化了。如果有天体存在如此变化，而且亮度和尺度上又与类木行星吻合，就可以认为这是假设中的行星。当然，最终的确认还需要进行多年的后续观测。
假设“命运女神”的存在最终被证实，它不会影响地球，不过可能会引发关于其起源的争论。很难想象在距离太阳如此遥远的地方可以形成如此庞大的行星，因此它究竟是源于太阳系本身，还是从其他恒星俘获而来，就会成为争议话题。梅忒斯进一步认为，国际天文学联合会也许还会新设一类行星，专门用于描述“命运女神”这样的天体。
末了要提一句的是，并不是所有天文学家都支持“命运女神”的假设。如梅忒斯和惠特迈尔认为这样一颗行星存在的一大证据就是长周期彗星的轨道，认为有相当数量的彗星集体受到了未知行星的扰动，但是也有人对此持异议，认为梅忒斯和惠特迈尔对轨道的分析不具备统计显著性，自然这样也就不需要“命运女神”的存在了。更且有人指出，奥尔特云存在巨型气体行星的不寻常主张必须要靠极其可靠的证据来证实，仅仅依靠间接揣测是远远不够的，所以现在所需要的一切就是等候WISE的数据公开了。
注：本文为《天文爱好者》约稿，即将刊登于该杂志的4月号，请勿转载。
