对太阳系神秘的第九行星的探索

在太阳系的外缘，远离已知的行星，太阳几乎与附近的星星难以区分，一颗巨大的冰冻世界可能正在阴影中等待被人类发现。

得益于一台将于明年开始扫描天空的最先进望远镜，我们最终发现这颗难以捉摸的行星的日子很大可能即将到来。

太阳系有八颗官方行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

但近年来，天文学家提出，在我们宇宙邻居的遥远区域可能隐藏着第九颗行星，充满想象力地被称为第九行星。

我们不是在谈论冥王星，冥王星在2006年从完整的行星地位降级为矮行星。

相反，科学家认为第九行星是一颗气体或冰巨星，距离其他行星数十亿公里。

如果它存在，它还可能重写我们对太阳系起源和演化的理解。

天文学家已经预测了这颗假设行星可能有多大，可能位于多远，甚至它绕太阳运行的轨道位置。

然而，真正找到第九行星，已经让科学家们困惑了近十年。

但对太阳系潜在第九行星的探索可能很快结束。

随着开创性的Vera C. Rubin天文台于2025年投入使用，专家告诉《Live Science》我们可能会在接下来的几年内最终找到第九行星，或者彻底排除其存在。

加州理工学院的天文学家Mike Brown与同事一起提出了第九行星假说，他对《Live Science》表示：没有第九行星，很难解释太阳系，但在看到它之前，我们无法100%确定它的存在。

第九行星假说在1781年发现天王星和1846年发现海王星后，人们首次提出太阳系可能存在第九颗行星，这比巴比伦人首次发现其他行星晚了3000多年。

这些发现证明了太阳系比人类以前认为的要大得多，并提出了可能还有其他世界等待被发现的可能性。

然而，除了现在被降级的冥王星，自海王星和柯伊伯带之外，还没有出现完整的行星，柯伊伯带是绕太阳运行的小行星、彗星和矮行星的大环。

随着天文学家绘制更多外太阳系的地图，似乎越来越不可能遗漏像行星那么大的东西。

然而，2004年的一次发现改变了这种情况。

科学家发现位于柯伊伯带之外的一个潜在矮行星塞德娜（Sedna），它绕太阳的轨道非常奇怪。

它不寻常的轨迹暗示在外太阳系中有另一颗大质量物体在引力上影响这个小世界。

但没有更多信息，这一假设很难证实。

然后，在2014年的一项研究中，天文学家宣布他们在柯伊伯带检测到一个较小的物体，命名为2012 VP113，其轨道与Sedna相似。

研究结果还暗示可能还有更多偏心的跨海王星天体（Trans-Neptunian objects，TNOs）等待被发现。

这些发现引起了Brown和同事、加州理工学院天文学家Konstantin Batygin的注意，他们注意到Sedna和2012 VP113都有相同的轨道弯曲。

这种共同的不规则性，导致这些物体短暂地下降到已知行星的轨道平面以下，暗示某种东西，如小行星簇、矮行星甚至是完整的世界，在拉动这些物体。

Brown告诉《Live Science》：一开始，我们没有说有一颗行星，因为我们认为那是个荒谬的说法。

但我们尝试了很多不同的东西来解释我们看到的情况，没有其他东西奏效。

即使在两人意识到第九行星是可能的之后，他们决定保留他们的发现，直到他们能够提出另一个不那么有争议的解释。

然而，他们随后发现了四个更多匹配、畸形的TNOs，这突然使得缺失的行星看起来是最合理的解释。

当时，两人计算出他们研究的所有六个TNOs共享其轨道奇特性的可能性只有2%。

Brown说：一旦你看到这一点，你会想，那儿有一颗行星。

’因此，在2016年，Brown和Batygin发表了他们的第九行星假说，自此引起了公众的想象。

填补空白自2016年以来，Brown、Batygin和其他人继续寻找第九行星。

尽管他们还没有找到它，但他们发现了更多偏心的TNOs，使总数达到13个，进一步加强了第九行星的存在依据。

这些发现还限制了第九行星的潜在大小、与太阳的距离及其在太阳系中的轨道。

Brown说：我们最好的估计是，它的质量约为地球的七倍。

或者介于地球质量的五倍到十倍之间，这将使它成为太阳系中第五大质量的行星，仅次于木星、土星、海王星和天王星。

Brown说，由于距离太阳较远，第九行星的成分可能最像海王星。

这将使它的直径大约是地球的两倍。

他补充说，一些科学家还建议第九行星可能被卫星环绕，就像重型气体巨星一样。

如果它存在，第九行星可能距离太阳大约500个天文单位，平均距离是地球到太阳距离的500倍。

这听起来很远，但类似大小的系外行星已经被发现围绕外星恒星以同样巨大的距离运行，表明这是可能的。

如此遥远，它可能需要5000到10000年完成一次绕太阳的旅程。

它的轨道可能高度椭圆，因此与太阳的距离会随时间大幅变化。

它也可能不会在与其他行星相同的平面上运行，这使得它更难找到。

第九行星的不寻常轨道和远离太阳的极端距离也提高了它可能是一颗流浪行星的可能性，在被其恒星系统驱逐后，一颗被太阳捕获的星际世界。

然而，Brown和Batygin认为，第九行星可能是与太阳系中其他行星一起形成的。

它真的存在吗？许多天文学家对第九行星的存在持谨慎乐观态度。

法国蔚蓝海岸天文台的天文学家Alessandro Morbidelli在电子邮件中告诉《Live Science》：第九行星很可能存在。

他补充道：有几条间接证据支持它的存在。

Morbidelli审查了Brown和Batygin在2016年的论文。

耶鲁大学天体物理学家David Rabinowitz同意那里可能有某种东西存在，并且第九行星迄今为止是最好的解释。

自提出第九行星以来，发现了更多偏心的TNOs，维持了这一理论的信心。

但并不是每个人都相信第九行星是真实的。

法国波尔多天体物理实验室的研究员Sean Raymond在电子邮件中告诉《Live Science》：这就像过山车！我曾一度认为它90%存在，然后降到10%，一直在变化。

他说：我希望它存在，但我仍然对它是否存在持怀疑态度。

对第九行星的怀疑源于对TNOs奇怪行为的其他潜在解释。

例如，Brown和Batygin标记的引力异常可能是由婴儿黑洞、一个看不见的巨型尘埃盘或一次与流浪行星的历史性近距离接触引起的。

或者，TNOs可能证明我们的引力模型需要调整。

其他人认为明显的TNO弯曲只是观察偏差，因为比起更远的TNOs，更容易发现靠近地球的TNOs，加拿大里贾纳大学的天文学家和第九行星假说的著名批评者Samantha Lawler在电子邮件中告诉《Live Science》。

Lawler说：我相信外太阳系还有很多非常有趣的天体等待发现。

但她补充说，第九行星不是其中之一。

然而，Brown和Batygin否认了观察偏差制造第九行星幻象的说法。

Brown说：在真正找到它之前，我对第九行星的存在尽可能有信心。

为什么我们还没找到它？那么，如果第九行星确实存在，为什么我们还没有发现它呢？Brown说，简单的答案是，隐藏的行星非常，非常遥远。

反射到行星上的光在穿越太阳系大部分时间（两次）后会非常暗淡，这使得它几乎不可能看到。

最初，研究人员也不知道行星在其预测轨道的哪一点。

这意味着他们必须研究广阔的天空区域来寻找这个微弱的天体，这就像在海洋中寻找一头白鲸。

到目前为止，研究人员已经分析了数千张来自多次天空调查的图像，沿着第九行星的假定轨道路径寻找随时间移动的物体。

遗憾的是，夜空中充满了明亮的移动物体，如彗星，因此研究人员不得不在很多垃圾中寻找行星。

在最近的工作中，Brown和Batygin分析了夏威夷哈雷阿卡拉天文台的全景勘测望远镜和快速响应系统（Pan-STARRS）的数据，自信地排除了大约78%的假定轨道路径作为行星的可能藏身之处。

这将第九行星的位置缩小到其轨道路径中最遥远的22%。

不幸的是，像Pan-STARRS这样的望远镜不够强大，无法正确搜索这个空间。

我们什么时候能找到它？如果第九行星隐藏在其轨道的最遥远区域，我们需要一个足够强大的望远镜来发现它。

Brown和Batygin已经开始分析日本在夏威夷的昴星望远镜的数据，这比Pan-STARRS更有机会找到行星。

但如果这项调查未能完成任务，他们将转向正在智利建设中的Vera C. Rubin天文台。

这个地面望远镜将配备世界上最大的数字相机，允许研究人员比任何前辈望远镜更深入地观察太阳系，就像韦伯太空望远镜使研究人员能够比以往任何时候都更深入地观察可观察的宇宙一样。

有了这台最先进的望远镜，Brown说，第九行星可能会在未来两年内被找到。

然而，他也开玩笑说，自2016年以来他每年都在说同样的话。

Raymond和Rabinowitz都同意，第九行星可能会在鲁宾天文台上线后的一年内被找到。

然而，如果望远镜在头几年内找不到行星，那么这个假设基本上就死了，Raymond说。

但Morbidelli和Rabinowitz指出，即使望远镜没有立即找到行星，它仍然可以识别更多的TNOs，这将有助于证明该理论是否可行。

第九行星为何重要？如果第九行星被发现，空间机构可能会派遣探测器访问这个遥远的世界。

尽管科学家们对第九行星的存在意见不一，但他们都同意，真正找到这颗难以捉摸的行星可能是本世纪太阳系最大的发现。

Raymond说，这将是一个非凡的发现。

它还将对我们理解太阳系的起源和演化具有巨大的意义。

Morbidelli说，观察行星还可以教会我们更多关于巨行星的形成和演化。

这不仅将帮助我们了解太阳系中的行星，还将揭示围绕遥远恒星的数千颗巨型系外行星的情况。