태양계 가장자리에 숨어 있는 ‘플래닛 9’에 대한 증거가 구축되고 있습니다. 그렇다면 왜 천문학자들은 그것을 발견하지 못하는 걸까요?
ABC 사이언스 /
과학 기자 Jacinta Bowler 작성
13시간 전 게시됨13시간 전
푸른 행성 위로 태양이 떠오른다
과학자들은 여전히 Planet Nine을 찾고 있습니다.(과학 사진 라이브러리: FreelanceImages)
한마디로, 아직 동료 검토를 거치지 않은 새로운 연구는 태양계에 9번째 행성이 존재한다는 수년간의 증거를 토대로 구축되었습니다.
그럼에도 불구하고 연구자들은 아직 망원경을 사용하여 이를 직접 본 적이 없으며 위치를 찾을 수 있는 장소도 부족합니다.
다음 단계: 과학자들은 가정된 행성을 찾기 위해 Vera Rubin Observatory라는 새로운 망원경에 희망을 걸고 있습니다.
우리 태양계의 먼 곳에는 거대한 미지의 존재가 숨어 있습니다. 먼 우주의 암석을 태양 주위의 유난히 길고 얇은 고리로 끌어당길 만큼 거대한 무언가입니다.
적어도 이것은 미국 천문학자 마이클 브라운이 믿는 바이다.
2016년에 그와 캘리포니아 공과대학(Caltech)의 동료는 거의 헤아릴 수 없는 것을 제안했습니다. 바로 지구보다 최대 10배 더 무거운 거대한 행성이 우리 태양계 가장자리에 있다는 것입니다.
그들은 그것을 “플래닛 9(Planet Nine)”이라고 불렀습니다.
이제 그들은 태양계 주변에 있는 물체의 움직임을 시뮬레이션한 연구를 발표했지만 동료 검토는 아직 진행되지 않았으며 Planet-Nine 유형의 물체가 존재하지 않을 확률은 백만분의 일에 불과하다는 것을 발견했습니다.
브라운 교수는 “제9행성 없이 어떻게 태양계를 가질 수 있는지 모르겠다”고 말했다.
“그냥 밖에 있어야 해요.”
유일한 문제는 무엇입니까? 과학자들은 아직도 그것을 찾을 수 없습니다.
행성을 찾는 방법
천문학자들이 우리 태양계에서 행성을 마지막으로 발견한 지 거의 200년이 지났습니다.
그것을 예측한 영광은 19세기 중반 천문학자 Urbain Le Verrier와 John Couch Adams에게 돌아갔습니다.
그들은 천왕성(약 60년 전에 발견됨)의 궤도에 더 먼 다른 행성의 존재로만 설명될 수 있는 불규칙성이 있다는 사실을 발견했습니다.
파리의 Le Verrier와 케임브리지의 Adams는 이 가상 행성의 좌표를 계산했으며, 독일의 천문학자 Johann Gottfried Galle과 그의 학생이 1846년에 망원경으로 하늘의 해당 부분을 가리켰을 때 거기에는 태양계의 8번째 행성인 해왕성이 있었습니다.
브라운 교수는 “그들은 찾고 있던 첫날 밤에 그것을 발견했다”고 말했다.
“[관찰]은 8년이 아니라 하룻밤이 걸렸습니다! 정말 부럽습니다.”
제9행성도 같은 방식으로 발견될 수 있지만, 그것이 존재하는 가장 감미로운 힌트는 천왕성과 같은 얼음 거인이 아니라 일반적으로 우리 태양계에서 훨씬 더 멀리 공전하는 왜소 행성과 소행성의 움직임에서 나옵니다.
그들은 해왕성 횡단 물체(trans-Neptunian object) 또는 TNO로 알려져 있습니다.
왜소행성 명왕성을 포함해 3,000개 이상의 천체가 지금까지 발견됐지만, 대부분은 아직 이름이 밝혀지지 않았거나 철저히 조사되지 않았다.
우리는 그 어떤 행성도 그 신비한 9번째 행성이 될 만한 올바른 특성을 갖고 있지 않다는 것을 알고 있습니다. 심지어 해왕성 횡단 천체 중 가장 큰 것으로 알려진 에리스도 마찬가지입니다.
태양계 우주 물체의 경로를 보여주는 색상 원(‘Planet 9의 궤도’ 라벨 포함)
먼 해왕성 횡단 물체의 궤도와 Planet Nine의 추정 궤도. (제공: James Tuttle Keane/Caltech)
하지만 일부 해왕성 횡단 물체에는 극단적인 궤도가 있습니다. 원처럼 태양 주위를 맴도는 대신, 그들은 성간 공간을 향해 새총을 쏘아 올려 해왕성을 향해 다시 여행을 시작합니다.
2003년 브라운 교수를 포함한 연구자들은 엄청나게 길고 얇은 궤도를 가진 해왕성 횡단 왜행성인 세드나 90377을 발견했습니다.
다른 팀이 해왕성 횡단 물체를 발견하기 시작했습니다. 세드나의 이상한 궤도는 일회성이 아니었습니다.
천문학자들을 당황하게 만든 것은 이러한 극단적인 해왕성 횡단 여행입니다. 현재 과학자들이 태양계와 물리 법칙에 대해 이해하고 있는 내용을 토대로 볼 때, 태양계가 왜 존재하는지에 대한 합리적인 설명은 아직 없습니다.
그리고 잠재적인 설명인 Planet Nine을 주류로 끌어올린 것은 Brown 교수와 그의 동료 Konstantin Batygin의 2016년 연구였습니다.
플래닛 9의 증거
연구의 핵심에는 세드나(Sedna)를 포함해 이상하게 궤도를 도는 해왕성 횡단 천체 6개가 있었습니다.
6개의 물체 궤도의 광대한 거리와 행성 9의 잠재적 궤도를 보여주는 축소된 GIF
6개의 해왕성 횡단 물체의 궤도는 지구에서 멀리 떨어져 있습니다(Wikimedia: nagualdesign/CC BY 3.0)
두 사람은 물체의 독특한 경로가 우연에 의한 것이 아닐 확률을 99.993%로 계산했습니다.
그들은 그 이유가 지구 질량의 5~10배이고 해왕성과 태양 사이의 거리의 약 20배에 위치하며 단일 궤도를 완료하는 데 10,000년이 걸리는 행성 때문일 수 있다고 제안했습니다.
일부 천문학자들은 즉시 흥분했습니다.
호주 국립 대학교의 천문학자인 브래드 터커(Brad Tucker)는 포착하기 힘든 비행기를 포착하기 위해 신속하게 시민 과학 프로젝트를 시작했습니다.
t 사이딩 스프링 천문대에서 SkyMapper 망원경의 데이터를 사용합니다.
“우리는 많은 물체를 찾았지만 결정적인 것은 없었습니다. 우리는 그것을 예상했지만, 우리는 그것을 잘 보여주고 싶었습니다.”라고 그는 말합니다.
그 이후로 전 세계의 다른 그룹도 살펴보았습니다.
터커 박사는 “아무도 제9행성일 가능성이 있는 것을 실제로 발견한 사람은 없습니다”라고 말합니다.
망원경으로 본 은하수
SkyMapper 망원경은 NSW 북부의 Siding Spring Observatory에 있습니다.(제공: Jamie Gilbert/ANU)
Planet Nine이 출시되지 않는 상황에서 Brown 교수, Batygin 박사 및 다른 두 동료의 최근 arXiv 사전 인쇄 연구는 다른 경로로 진행되었습니다.
그들은 태양계에서 멀리 떨어지지 않는 덜 극단적인 궤도를 가진 17개의 해왕성 횡단 물체를 조사했습니다.
브라운 교수는 “태양계 바깥 부분에 있는 모든 것들도 안쪽으로 밀려나고 있습니다”라고 말합니다.
팀은 여러 시뮬레이션을 실행하여 Planet Nine과 같은 것이 존재하지 않을 확률이 백만 분의 1이라고 보고했습니다.
그러나 브라운 교수도 이것이 충분하지 않다는 것을 잘 알고 있습니다.
“우리가 Planet Nine을 찾았나요? 아니요. 만약 우리가 Planet Nine을 찾았다면 사람들이 무작위로 찾을 수 있는 arXiv에 있지 않았을 것입니다. 모두가 이미 알고 있었을 것입니다.”라고 그는 말합니다.
“누군가가 망원경을 겨누고 ‘바로 저기 하늘에 있는 점이에요’라고 말하기 전까지는 발견하지 못한 것입니다.”
지난 8년 동안 Planet Nine에 대한 간접적인 증거가 강화되었지만, 이제 숨어 있을 수 있는 장소도 줄어들었습니다.
올해 초 브라운 교수와 그의 동료들이 발표한 또 다른 연구에서는 제9행성이 있을 가능성이 있는 하늘의 78%가 이미 검색되었다고 밝혔습니다.
따라서 Planet Nine이 하늘의 마지막 22%에 있는 찾기 어려운 위치에 숨어 있거나 다른 무언가가 해왕성 횡단 물체 궤도 결과를 이상한 원인으로 만들고 있는 것입니다.
행성 9가 해왕성과 천왕성보다 작다는 것을 보여주는 그림
다른 행성 및 명왕성과 비교한 플래닛 9의 추정 크기. (제공: James Tuttle Keane/Caltech)
터커 박사는 많은 천문학자들이 9번째 행성의 존재에 회의적이라고 말했습니다.
그는 “아직도 의심하는 사람들이 많다”고 말했다.
그러나 Brown 교수와 Batygin 박사가 처음으로 Planet Nine을 연구한 지 8년이 지난 후 “뭔가 일어나고 있다는 사실이 더 많이 받아들여지고 있다고 생각합니다.”
왜 모두가 동의하지 않는가?
미국 해밀턴 대학의 이론물리학자 캐서린 브라운은 특별한 행성이 존재하려면 특별한 증거가 필요하다고 말했습니다.
“지금 이 시대에 태양계 바깥쪽에 발견되지 않은 행성이 숨어 있을 수 있다는 생각은 상당히 놀랍습니다.”라고 그녀는 말합니다.
“놀라운 아이디어는 입증되거나 반증될 때까지 어느 정도 논란을 불러일으킬 수밖에 없습니다.”
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일부 연구자들은 2016년 연구에서 해왕성 횡단 물체 6개가 다양한 하늘 조사에서 선택되었기 때문에 분석이 편향되었을 수 있다고 제안했습니다. 더 극단적인 해왕성 횡단 물체가 발견되고 재분석되었음에도 불구하고 일부는 여전히 확신하지 못했습니다.
다른 과학자들은 해왕성 횡단 물체의 궤도 뒤에 작은 블랙홀이 있을 수 있다고 제안했습니다.
작년에 The Astronomical Journal에 발표된 해밀턴 대학의 브라운 교수의 연구에는 가장 거친 이론이 포함되어 있을 수 있습니다. 즉, 행성이 아닌 중력에 대한 우리의 전체적인 이해가 잘못되었다는 것입니다.
우리 태양계 가장자리에 있는 물체의 궤도는 과학자들이 아직 설명할 수 없는 유일한 우주 현상은 아닙니다.
은하가 붕괴되는 것을 막기 위해서는 과학자들이 볼 수 있는 것보다 더 많은 질량이 필요합니다.
대부분의 천체 물리학자들은 “암흑 물질”이 여기서 사라진 질량이라고 생각하지만, 캐서린 브라운을 포함한 소수는 그 답이 아직 발견되지 않은 중력의 측면에 있을 수 있다고 믿습니다.
‘플래닛나인’에 대한 작가의 감상
플래닛 나인의 모습에 대한 예술가의 인상.(제공: Caltech/R. Hurt(IPAC))
그녀에 따르면, “수정된 뉴턴 역학” 또는 MOND라고 불리는 이 가설은 마이클 브라운이 2016년 Planet Nine 연구에서 분석한 6개의 해왕성 횡단 물체의 이상한 궤도를 설명할 수도 있습니다.
“우리는 태양계 외부에서 새로운 행성이 발견되거나 새로운 중력 법칙이 발견될 수 있는 흥미로운 시점에 있습니다.”라고 그녀는 말합니다.
“해왕성 너머 물체의 궤도 정렬이 허위 인공물로 판명되더라도 우리는 중력에 대해 뭔가를 배울 것입니다.”
하늘을 바라보는 새로운 눈
Caltech의 Michael Brown은 다른 과학자들이 이상한 궤도 뒤에 무엇이 있는지 이해하려고 노력하는 이유를 높이 평가합니다.
“그것이 발견될 때까지 대다수는 회의적일 것이라고 생각합니다”라고 그는 말합니다.
Planet Nine이 존재한다고 확신하는 사람들은 내년 초 칠레에서 새로운 Vera Rubin 천문대가 온라인에 등장하기를 기다리고 있습니다.
망원경에는 8.4미터 크기의 거울이 장착되어 있어 지금까지 천문학용으로 제작된 카메라 중 가장 큰 것입니다.
“그것은 대규모 조사인 공간과 시간에 대한 레거시 조사(Legacy Survey of Space and Time)라는 일을 할 것입니다.
매일 밤 하늘이 보입니다.”라고 Swinburne University of Technology 천체물리학자 Sara Webb은 말합니다.
“이런 유형의 조사를 통해 우리는 플래닛 9의 밝기가 얼마나 밝을지 한계를 정할 수 있게 될 것입니다.”
이 조사는 10년 동안 남반구의 하늘을 매핑할 것이며, 하늘의 많은 부분을 매핑할 수 있기 때문에 물체가 변화하거나 움직일 때 추적할 수 있습니다.
이전에 나온 것보다 훨씬 더 강력해져서 태양계 가장자리를 더 깊이 들여다볼 수 있고, 제9행성 표면에서 반사되는 아주 작은 양의 햇빛도 흡수할 수 있을 것입니다.
그래도 효과가 없다면 마이클 브라운 교수는 광학 망원경을 모두 폐기할 것을 제안합니다.
망원경의 그림
Vera C Rubin Observatory가 가동되면 며칠 밤마다 전체 하늘을 촬영합니다.(제공: Mason Productions Inc./LSST Corporation/CC BY 4.0)
“베라 루빈이 반사된 햇빛으로 그것을 찾지 못했다면 차선책은 반사된 햇빛이 아니라 전파 망원경을 사용하여 찾는 것입니다.”라고 그는 말합니다.
“그들은 작은 행성을 관찰하도록 설계되지 않았습니다. 하늘 전체를 한 번에 관찰하도록 설계되었습니다. 망원경이 이 행성이 한 곳에서 다른 곳으로 이동한 것을 볼 수 있으려면 시간이 걸릴 것입니다. , 따라서 해당 설문조사가 있다는 것을 알기까지 몇 년이 걸릴 것입니다.
“하지만 전파 망원경으로부터 숨는 것은 매우 어려울 것입니다.”
Caltech의 천문학자는 이 행성에 대한 탐색을 중단하는 것 외에는 아무것도 원하지 않습니다. 8년은 존재하지 않을 수도 있는 것을 찾기에는 긴 시간입니다.
“영원한 느낌이 듭니다”라고 그는 말합니다.
그러나 그는 아직 포기할 준비가 되어 있지 않습니다. 그에게는 행성을 찾는 것이 정말 재미있는 일이 시작되는 일이 될 것입니다.
“우리는 우리가 가지고 있는 거대한 행성을 연구하는 데 수세기를 보냈습니다. 갑자기 새로운 행성을 얻었다고 상상해 보십시오. 거대 행성을 연구하기 위해 우리가 했던 모든 일을 처음으로 다시 시작하게 되었습니다.” 그는 말한다.
“우리는 지구 안팎에서 상상할 수 있는 모든 망원경을 사용하여 이를 연구할 것입니다. 저는 우리가 우주선을 우주 밖으로 나가기 위한 노력을 매우 신속하게 수행할 것이라고 확신합니다.
“그것은 우리가 그것을 발견하자마자 매우 흥미로울 것입니다.”
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13시간 전에 게시됨
Evidence for ‘Planet Nine’ lurking on the fringes of the Solar System is building. So why can’t astronomers spot it?
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By science reporter Jacinta Bowler
Posted 13h ago13 hours ago
abc.net.au/news/planet-nine-mike-brown-trans-neptunian-objects-solar-system/103845100Copy link
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- In short: A new study, yet to be peer reviewed, builds on years of evidence suggesting a ninth planet exists in the Solar System.
- Despite this, researchers have not yet seen it directly using telescopes, and they’re running out of places it could be located.
- What’s next: Scientists are pinning their hopes on a new telescope called the Vera Rubin Observatory to find the postulated planet.
A huge unknown lurks in the far reaches of our Solar System — something massive enough to pull distant space rocks into extraordinarily long, thin loops around the Sun.
At least, this is what US astronomer Michael Brown believes.
In 2016, he and a colleague at the California Institute of Technology (Caltech) proposed something almost unfathomable: a huge planet, up to 10 times heftier than Earth, way out on the edge of our Solar System.
They called it “Planet Nine”.
Now, they have published a study, yet to be peer-reviewed, that simulated the movements of objects on the Solar System’s fringes, and found that the chance of a Planet-Nine-type object not existing was just one in a million.
“I don’t see how we can have a Solar System without Planet Nine,” Professor Brown says.
“It just has to be out there.”
The only problem? Scientists still can not find it.
How to find a planet
It has been almost 200 years since astronomers last discovered a planet in our Solar System.
The honour of predicting it goes to mid-19th-century astronomers Urbain Le Verrier and John Couch Adams.
They noticed that Uranus (which was only discovered about 60 years earlier) had irregularities in its orbit that could only be explained by the presence of another, more distant planet.
Le Verrier in Paris and Adams in Cambridge calculated coordinates for this hypothetical planet, and when German astronomer Johann Gottfried Galle and his student pointed a telescope to that part of the sky in 1846, there it was: Neptune, the Solar System’s eighth planet.
“They found it in the first night they were looking,” Professor Brown says.
“[The observation] didn’t take eight years, it took one night! I’m very jealous.”
While Planet Nine might be found the same way, the most tantalising hints it exists come not from ice giants like Uranus, but the motion of dwarf planets and asteroids that typically orbit much further out in our Solar System.
They are known as trans-Neptunian objects or TNOs.
More than 3,000 of these objects — including dwarf planet Pluto — have been found so far, although most have not yet been named or thoroughly investigated.
We do know that none have the right characteristics to be that mysterious ninth planet — not even Eris, the largest known trans-Neptunian object.
What some trans-Neptunian objects do have, though, are extreme orbits. Instead of trundling around the Sun in something resembling a circle, they are slingshotted out towards interstellar space before making the journey back in towards Neptune.
In 2003, researchers including Professor Brown discovered 90377 Sedna, a trans-Neptunian dwarf planet which had an incredibly long, thin orbit.
Other trans-Neptunian objects began to be discovered by other teams. Sedna’s odd orbit was not a one-off.
It is these extreme trans-Neptunian journeys that have astronomers stumped. Based on what scientists currently understand about the Solar System and the laws of physics, there is no reasonable explanation yet for why they are out there.
And it was the 2016 study by Professor Brown and his colleague Konstantin Batygin that rocketed a potential explanation — Planet Nine — into the mainstream.
The evidence for Planet Nine
At the core of the study were six weirdly orbiting extreme trans-Neptunian objects, including Sedna.
The pair calculated a 99.993 per cent probability that the objects’ peculiar paths were not due to chance.
They suggested the reason might be a planet that is five to 10 times the mass of Earth that lies around 20 times the distance of Neptune to the Sun, and takes 10,000 years to complete a single orbit.
Some astronomers were immediately excited.
Brad Tucker, an astronomer at the Australian National University, quickly set up a citizen science project to try and capture the elusive planet using data from the SkyMapper telescope at the Siding Spring Observatory.
“We found lots of objects, but nothing conclusive. We kind of expected that, but we wanted to give it a good look,” he says.
Other groups around the world have looked since.
“No-one has found really anything that could possibly be Planet Nine,” Dr Tucker says.
With no Planet Nine forthcoming, the recent arXiv preprint study by Professor Brown, Dr Batygin and two other colleagues went down a different route.
They looked at 17 trans-Neptunian objects with less extreme orbits that did not take them as far out in the Solar System.
“All the things in the outer part of the Solar System are also being pushed inward,” Professor Brown says.
The team ran multiple simulations, reporting that one-in-a-million chance that something like Planet Nine is not out there.
But even Professor Brown is well aware this is not enough.
“Have we found Planet Nine? No. If we had found Planet Nine it would not be on arXiv for people to randomly find. Everybody would know already,” he says.
“Until somebody points a telescope at it and says ‘It’s that dot in the sky right there’, you haven’t found it.”
While indirect evidence for Planet Nine has strengthened over the past eight years, there are also now fewer places it could be hiding.
Another study published earlier this year by Professor Brown and his colleagues noted that 78 per cent of the sky in which Planet Nine could potentially be has already been searched.
So, either Planet Nine is hiding in some hard-to-find location in that final 22 per cent of sky, or something else is causing these strange trans-Neptunian object orbital results.
Dr Tucker says many astronomers are sceptical Planet Nine exists.
“There’s still plenty of people who doubt it,” he says.
But eight years after Professor Brown and Dr Batygin’s first Planet Nine study, “I think there is more acceptance that there’s something going on”.
Why not everyone agrees
For Katherine Brown, a theoretical physicist at Hamilton College in the US, extraordinary planets require extraordinary evidence.
“The idea that there could be, in this day and age, an undiscovered planet lurking in the outer reaches of the Solar System is fairly remarkable,” she says.
“Remarkable ideas are bound to engender some level of controversy until they are proved or disproved.”
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Some researchers suggested that because the six trans-Neptunian objects in the 2016 study were picked from a variety of sky surveys, this may have biased the analysis. Even with more extreme trans-Neptunian objects discovered and reanalysed, some have remained unconvinced.
Other scientists have suggest that a small black hole might be behind the trans-Neptunian objects’ orbits.
A study Hamilton College’s Professor Brown published last year in The Astronomical Journal might contain the wildest theory of all — that instead of a planet out there, our entire understanding of gravity is wrong.
Orbits of objects on the edge of our Solar System are not the only cosmic phenomenon scientists can not yet explain.
To keep from falling apart, galaxies require more mass than what scientists can see.
Most astrophysicists think that “dark matter” is the missing mass here, but a small minority, including Katherine Brown, believe that the answer could lie in an as-yet-undiscovered aspect of gravity.
According to her, the hypothesis, called “modified Newtonian dynamics” or MOND, can also explain the weird orbits of the six trans-Neptunian objects Michael Brown analysed in his 2016 Planet Nine study.
“We are at the exciting juncture where either a new planet might be discovered in the outer Solar System, or a new law of gravity,” she says.
“Even if the trans-Neptunian object’s orbital alignment turns out to be a spurious artefact, we will learn something about gravity.”
New eyes on the sky
Caltech’s Michael Brown appreciates why other scientists are trying to understand what could be behind the strange orbits.
“Until it’s found, the majority will be sceptical I think,” he says.
Those that are convinced Planet Nine is out there are waiting for the new Vera Rubin Observatory to come online in Chile early next year.
The telescope has an 8.4-metre mirror, which makes it the largest camera ever built for astronomy.
“It’s going to be doing something called the Legacy Survey of Space and Time, which is a massive survey — taking images of the sky every single night,” Swinburne University of Technology astrophysicist Sara Webb says.
“This type of survey is going to allow us to try and put a limit for how bright we think Planet Nine might be.”
The survey will map the sky in the Southern Hemisphere for 10 years, and because it can map so much of the sky, it can track when objects change or move.
Being so much more powerful than those that came before it, it will be able to peer deeper into the edges of the Solar System, and pick up the tiny amount of sunlight reflected from Planet Nine’s surface.
If that does not work, Professor Michael Brown suggests ditching optical telescopes all together.
“If Vera Rubin doesn’t find it by reflected sunlight, the next best thing is to find it not as reflected sunlight, but by using radio telescopes,” he says.
“They’re not designed to look at little planets; they’re designed to look at the whole sky at once. It’ll take a while for the telescopes to be able to see that this planet has moved from one place to the other, so it’ll be a couple of years of those surveys before we know it’s there.
“But it’s going to be very difficult to hide from those radio telescopes.”
The Caltech astronomer wants nothing more than to be able to stop searching for this planet. Eight years is a long time to be looking for something that might not exist.
“It feels like an eternity,” he says.
But he is not ready to give up yet. For him, finding the planet would allow the truly fun part to begin.
“We have spent centuries studying the giant planets that we have. Imagine we get a new one all of a sudden. All the things we’ve done for studying the giant planets, we get to do all over again for the first time,” he says.
“We will study it with every telescope you can imagine — on the Earth and off the Earth. I am certain that we will very quickly work on trying to get a spacecraft out there.
“It’s going to be extremely exciting — as soon as we find it.”
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Posted 13h ago
