撰文+哈里.贝克                     2024年6月15日

科学家们认为，在太阳系的遥远区域可能隐藏着第九颗行星，一台新的望远镜可能最终证明它的存在。（图片：Nicholas Forder《生活科学》）

在太阳系的外部深处——距离已知的行星如此之远，以至于太阳几乎无法与附近的恒星区分开来——一个巨大而冰冷的世界可能潜伏在阴影中，等待着人类的发现。

由于一台最先进的望远镜将于明年开始扫描天空，我们最终发现这颗难以捉摸的行星的那一天，可能很快就会到来。

太阳系有八颗公认的行星：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，一个被想象中戏称为“第九大行星”的星球，可能隐藏在我们宇宙附近的遥远地区。

不，我们不是在谈论冥王星，它在2006年从完全行星地位降级为“矮行星”。相反，科学家们认为第九大行星是一个气体或冰巨人，比其他行星更远数十亿英里。如果它存在，它也可能改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个假设的世界可能有多大，它可能有多远，甚至它应该在绕太阳轨道上的什么位置。然而，科学家们近十年来一直未能真正找到行星九，有时也被称为行星X。

但寻找太阳系第九颗潜在行星的工作可能很快就要结束了。专家告诉《生活科学》，随着开创性的维拉·C·鲁宾天文台于2025年开放，我们可能会在未来几年内最终找到第九颗行星，或者永远排除这个想法。

如果没有行星九，很难解释太阳系，”加州理工学院的天文学家迈克·布朗和一位同事一起提出了行星九假说，他告诉《生活科学》。“但在你看到它之前，没有办法100%确定它的存在。”

行星九假说

1781年天王星和1846年海王星的发现，在巴比伦人首次发现其他行星3000多年后，首次提出了太阳系第九颗行星的想法。这些发现证明了太阳系比人类曾经想象的要大得多，并增加了其他世界等待被发现的可能性。

但除了现在被降级的冥王星之外，海王星或柯伊伯带之外没有任何成熟的行星出现。柯伊伯带是一个由小行星、彗星和矮行星组成的巨大环，围绕太阳运行，位于海王星之外。随着天文学家绘制出更多的外太阳系地图，他们似乎越来越不可能错过像行星这样大的东西。

然而，2004年的一项发现改变了这一点。科学家们发现塞德纳——一颗位于柯伊伯带之外的潜在的矮行星——绕太阳的轨道很奇怪。它不同寻常的轨迹暗示，外太阳系中的另一个大质量天体，正在引力作用下被拉向这个小世界。但如果没有更多的信息，这一假设很难得到证实。

然后，在2014年的一项研究中，天文学家宣布，他们在柯伊伯带探测到了一个较小的天体，名为2012 VP113，其偏心轨道与塞德纳相似。这些发现还暗示，更多的偏心跨海王星天体（TNO）正在等待发现。

这些发现引起了布朗和加州理工学院天文学家康斯坦丁·巴蒂金的注意，他们注意到塞德纳和2012年的VP113在轨道上都有相同的“扭结”。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，这表明有什么东西——比如小行星团、矮行星，甚至是一个完整的世界——正在拖着这些物体。

“一开始，我们没有说有行星，因为我们认为这是一件荒谬的事情，”布朗告诉《生活科学》，他也是塞德纳的共同发现者，并在冥王星的行星降级中发挥了重要作用。“但我们尝试了很多不同的方法来解释我们所看到的情况，但其他方法都不起作用。”

即使在两人意识到第九颗行星是可能的之后，他们还是决定继续研究他们的发现，直到他们能够提出另一个争议较小的解释。然而，他们随后又发现了四个轨道匹配、形状错误的TNO，这突然让一颗失踪的行星看起来像是最合乎逻辑的解释。

当时，两人计算出，由于随机机会，他们研究的所有六个TNO共享轨道奇异性的可能性只有2%。布朗说：“一旦你看到这一点，你就会想，‘哦，该死，那里有一颗行星。’”

填补空白

自2016年以来，布朗、巴蒂金等人继续寻找第九颗行星。虽然他们还没有找到它，但是他们已经发现了更多古怪的tno——总数达到13颗，进一步加强了行星九的证据。这些发现也限制了行星九的潜在大小，它与太阳的距离以及它穿过太阳的轨道

布朗说，“我们最好的估计是，它的质量大约是地球的7倍”，或者是地球质量的5到10倍。他补充说，这将使它成为太阳系中第五大行星，仅次于木星、土星、海王星和天王星。

布朗说，行星九的成分可能“最像海王星”，因为它离太阳很远。“这将使它的直径大约是地球宽度的两倍，”他补充道。一些科学家还提出，行星九可能被卫星环绕，就像巨大的气体巨星一样。

没有行星九真的很难解释太阳系。

太阳系的终点在哪里？

如果它存在的话，行星九距离太阳的平均距离可能约为500天文单位，这意味着它距离太阳的距离是地球的500倍。这听起来可能很遥远，但已经发现了大小相似的系外行星，它们以同样大的距离绕着外星恒星运行，这表明这是可能的。

在这么遥远的地方，行星九完成一次绕太阳旅行可能需要5000到10000年的时间。它的轨道可能是高度椭圆的，因此它与太阳的距离会随着时间的推移而变化很大。它也可能与其他行星不在同一平面上运行，这使得它的发现更加困难。

行星九不同寻常的轨道和与太阳的极端距离，也增加了它可能是一颗流氓行星的可能性——一个星际世界，在从其恒星系统喷出后被太阳捕获。然而，布朗和巴蒂金认为，行星九很可能与太阳系中的其他行星一起形成。

它真的在太阳系外面吗？

许多天文学家对行星九的存在持谨慎乐观的态度。

法国蔚蓝海岸天文台的天文学家亚力山德罗.莫比戴利在一封电子邮件中告诉《生活科学》”可能存在第九行星。“有几个间接的证据支持它的存在，”莫比戴利补充道，他在布朗和巴蒂金2016年的论文发表前审阅了该论文。

耶鲁大学的天体物理学家大卫·拉宾诺维茨在接受《生活科学》采访时表示，他同意可能存在某种东西，而行星九是“迄今为止最好的解释”。他说，自行星九首次被提出以来，发现了更多的偏心TNO，这使人们对这一理论保持了信心。

但并不是所有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肖恩 雷蒙德在一封电子邮件中告诉《生活科学》：“这简直是过山车！我已经从认为的90%变成了10%。”。“我支持它在那里，但我仍然不知道我是否相信它在那里。”

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对行星九的怀疑源于TNO中奇怪行为的其他潜在解释。例如，布朗和巴蒂金标记的引力异常，可能是由一个小黑洞、一个看不见的巨大尘埃盘或与一颗流氓行星的历史性近距离相遇引起的。或者，TNO可能是我们的引力模型需要调整的证据。

加拿大里贾纳大学的天文学家、行星九假说的著名批评者萨曼莎·劳勒在一封电子邮件中告诉《生活科学》，其他人认为明显的TNO扭结只是一种“观测偏差”，因为发现离地球较近的TNO，比发现距离较远的TNO更容易。

劳勒说：“我相信在外太阳系中还有很多非常有趣的天体有待发现。”但她补充道，行星九并不是其中之一。

然而，布朗和巴蒂金对观测偏差正在造成行星九幻觉的说法不以为然。

布朗说：“在你真正找到第九行星之前，我尽可能相信它的存在。”

为什么我们没有找到它？

那么，如果第九行星确实存在，为什么我们还没有发现它呢？

布朗说，简单的答案是，这颗隐藏的行星“非常、非常遥远”。当它穿过太阳系的大部分区域时（两次），从行星上反射的光会非常微弱，这使得它几乎看不见。

起初，研究人员也不知道这颗行星沿着其预测的轨道在哪里。布朗说，这意味着他们必须研究天空中的一大片区域来寻找这种微弱的天体，这类似于试图“在海洋中找到一头白鲸”。

布朗说，到目前为止，研究人员已经分析了行星九拟议轨道上多次巡天的数千张图像，寻找随着时间推移而移动的物体。

布朗补充道，不幸的是，夜空中充满了明亮、移动的物体，如彗星，因此研究人员必须分拣“大量垃圾”才能找到这颗行星。

在他们最近的工作中，布朗和巴蒂金分析了夏威夷哈雷卡拉天文台全景巡天望远镜，和快速反应系统的数据，并自信地排除了大约78%的疑似轨道路径，可能是行星的藏身之地。

布朗说，到目前为止，研究人员已经分析了行星九拟议轨道上多次巡天的数千张图像，寻找随着时间推移而移动的物体。

这将行星九的位置缩小到了其最遥远轨道的22%。不幸的是，像泛星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？

如果行星九隐藏在其轨道最遥远的地方，我们需要一台足够强大的望远镜来发现它。

布朗和巴蒂金已经开始分析日本夏威夷斯巴鲁望远镜的数据，该望远镜比泛星望远镜更有可能发现这颗行星。但如果这项调查未能完成任务，他们将求助于即将到来的维拉·C·鲁宾天文台，该天文台目前正在智利建设中。

这台地面望远镜将配备世界上最大的数码相机，使研究人员能够比其任何前辈都更深入地观察太阳系，类似于詹姆斯·韦伯太空望远镜使研究人员，比以往任何时候都能更深入地观测可观测的宇宙。

该天文台目前计划于2025年底开放。

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布朗说，在最先进的望远镜的帮助下，行星九可能在未来两年内被发现。然而，他也开玩笑说，自2016年以来，他每年都在说同样的话。

雷蒙德和拉比诺威次都同意，在鲁宾天文台上线后的一年内可以发现第九颗行星。然而，如果望远镜在最初几年内找不到这颗行星，“那么这个假设几乎已经过时了，”雷蒙德说。

但莫比戴利指出，即使望远镜不能立即发现这颗行星，它仍然可以识别出更多的TNO，这将有助于证明该理论是否可行。

为什么行星九很重要？

尽管科学家们对行星九的存在仍有分歧，但有一点他们都一致认为，真正发现这个难以捉摸的世界，可能是本世纪最大的太阳系发现。

雷蒙德说，这将是一个“了不起”的发现。他补充道，这对我们理解太阳系的起源和演化也将是“巨大的”。

莫尔比德利说，观测这颗行星也可以教会我们更多，关于巨行星形成和演化的知识。这不仅有助于我们更多地了解太阳系中的行星，也有助于了解遥远恒星周围数千颗巨型系外行星。

如果像美国宇航局这样的航天机构派遣探测器飞近这颗行星，他们也可以揭示更多关于太阳系过去的线索。

布朗说：“通过详细研究，它将有许多秘密被解开。”