中研院發現遙遠天體「菊石」 揭開太陽系早期歷史神秘一角

記者彭夢竺／台北報導

天文愛好者努力尋找太陽系的「第九行星」，現在終於露出一線曙光了嗎？由中研院天文及天文物理研究所研究員王祥宇，與博士陳英同主導的國際研究計畫，利用位於夏威夷的昴望遠鏡（Subaru Telescope）觀測分析，發現了一顆遙遠的外太陽系天體「2023 KQ14」，暱稱為「菊石」（Ammonite）。

菊石擁有穩定的軌道，其近日點為66天文單位，屬於極稀有的「類賽德娜天體」（Sedna-like objects，也稱為Sednoid），軌道遠在海王星重力影響之外。值得注意的是，菊石的軌道方向與太陽系中其他3顆類賽德娜天體相反，為此遙遠天體族群的複雜性與演化歷史提供新線索，也意味著第九行星存在的可能性降低。研究成果已發表於國際期刊《自然天文學》（Nature Astronomy）。

軌道方向與其他類賽德娜天體相反

類賽德娜天體最大特徵為近日點（軌道中離太陽最近的位置）距離海王星軌道非常遙遠，此前已知的類賽德娜天體僅有3顆，即賽德娜（Sedna, 近日點76 au）、2012 VP₁₁₃（近日點80 au）與Leleakuhonua（近日點65 au）。此3顆天體的異常軌道暗示著太陽系中可能存在尚未發現的影響力量，也許是一顆早已消失的行星、或是數十億年前與其他恆星的掠遇，又或為目前仍未被發現的第九行星。

論文第一作者陳英同指出，菊石為第4顆被發現的類賽德娜天體，此發現的重要性，首先在於菊石處於一個過去觀測上幾乎空白的軌道參數區域（近日點介於50至75 au，軌道半長軸介於180至600 au之間）。多年來，天文學家爭論此區域的空缺究竟導因於觀測限制，或是受到未見的重力來源而確實不存在任何天體。但隨著菊石的發現，證實科學家可透過更先進的望遠鏡等巡天設備，開始有機會在這被忽略的區域中發現天體。

陳英同表示，此前已知的類賽德娜天體軌道方向大致相同，但菊石的軌道卻朝另一方向。此一獨特特徵顯示外太陽系的動力結構比過去理解的更為多樣與複雜。若第九行星確實存在，就必須解釋為何菊石的軌道未與其他天體同一方向。菊石的存在，也對第九行星可能的軌道有了新的限縮。「發現菊石，就像在太陽系的邊界找到失落的一塊拼圖，拓展了人類對外太陽系極遠天體軌道分布的認識。」

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論文通訊作者王祥宇則說，發現菊石的意義遠不止於新增一顆遙遠天體。「菊石的軌道告訴我們，在太陽系形成之初，就有某種機制雕塑了外太陽系的樣貌。不論是掠過的恆星，還是隱藏的行星，這項發現讓我們離真相更近一步。」

揭示太陽系早期歷史的關鍵線索

研究團隊觀測使用的8.2米昴望遠鏡位於夏威夷毛納基（Mauna Kea）山頂，具有廣視野觀測能力，特別適合搜尋像菊石這類黯淡、移動緩慢的天體。望遠鏡搭載的廣角可見光相機（Hyper Suprime-Cam, HSC），是由中研院天文所與日本國立天文台共同開發，是目前偵測遙遠太陽系天體最強大的相機。為了確認菊石的軌道，研究團隊於2024年利用加拿大—法國—夏威夷望遠鏡（Canada–France–Hawaii Telescope, CFHT）進行後續觀測，並取得關鍵影像。此外，團隊也利用過去十多年的其他觀測影像，確認菊石的運動軌跡及軌道參數。

根據電腦模擬顯示，菊石的軌道數十億年來始終穩定，不受太陽系其他天體影響。如此長期穩定的軌道，使菊石成為目前保存最完好的太陽系「化石」之一，也暗示其來自太陽系誕生初期，保留著早期軌道結構的「化石紀錄」。在探索菊石誕生之謎時，另一回推模擬結果指出，約在42億年前，菊石與其他類賽德娜天體可能曾經呈現軌道群聚現象，後或隨著外太陽系某顆古老行星的消失，而形成目前的軌道。

此國際研究由「外太陽系的形成：冰凍的遺產」(Formation of the Outer Solar System: An Icy Legacy, FOSSIL) 計畫執行。團隊成員也包括來自國立中央大學、日本國立天文台、日本近畿大學、加拿大國家研究院、韓國天文研究院、中國南京大學等的科學家。臺灣方面，則由中研院與國科會計畫支持。

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