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第九行星：看不见的手
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Richard A. Lovett 文 Shea 编译 |
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太阳系中存在着一些奇怪的现象，它们是否有可能是受到了一颗未知行星的操纵？ 我们曾经宁静而安详的家园正在变得日益混乱而不安。其中的一些小天体正在莫名而奇怪的轨道上运行。其他的则似乎就不应该出现在那里。与此同时，太阳正在以一个很难解释的倾角自转。 这些奇怪的现象也许有着一个共同的解释。太阳系中存在着一个不安份的天体，它是八颗行星之外的第九颗行星。这是一个有争议论断。如果真的如此，那它将彻底改变我们对太阳系的认识，同时还可以在某种程度上解释为什么与其他的行星系统相比太阳系显得如此奇特。第九行星的支持者认为，现在已有足够的线索能无可争议地证明它的存在，否则天文学家就必须要为太阳系的特殊性寻找另一个解释。 这绝非是第一次以这种方式发现行星。早在19世纪40年代，天文学家无法解释当时太阳系第7颗也是最外层行星天王星的轨道异常。法国数学家勒威耶破解了这个难题，提出这一异常是由一颗尚未被发现的行星所造成的，并且预报了它所在的位置。几个月后，天文学家几乎就在他所预言的地方发现了海王星。  但这一招绝非万灵，大约十年后发现水星的轨道也存在异常，勒威耶如法炮制。他提出，在水星和太阳之间存在一颗尚未被发现的行星，被称为祝融，正是它扰动了水星的轨道。但是，最终发现水星的轨道异常并非源于此，它所揭示的是牛顿引力理论的不足，只有爱因斯坦的广义相对论才能解释这一现象。然而，有一个基本原则始终成立：行星系统中的异常现象总会衍生出有趣的结果。 现在就有几个值得注意的异常现象。2006年，冥王星被革除了“行星”的头衔，这主要是在海王星以外的柯伊伯带中发现了大量的其他海外天体。其中之一就是阋神星，它几乎和冥王星一样大，但都仍然太小，无法被定义为行星（见插页“如何定义行星”）。另外，这些天体中有一些具有十分怪异的轨道。最明显的例子就是塞德娜。这颗直径1 000千米的天体在一条非常扁的椭圆轨道上绕太阳公转，周期超过1.1万年。地球到太阳的平均距离被定义为1个天文单位，塞德娜到太阳的距离会在76个天文单位到940个天文单位之间变动，前者大约是冥王星到太阳距离的2倍。
塞德娜和少数其他“极端”海外天体的轨道面与黄道面之间存在明显的夹角，太阳系的黄道面几乎（但并不完全）与太阳的赤道面重合，所有行星的轨道几乎都位于黄道面内。这些海外天体的轨道还有其他一些相似之处很难用目前的太阳系动力学模型来解释。 为此提出了许多的解释。例如，有些人认为，它们是在与一颗途经的恒星相互作用下被迫进入太阳系的。2012年有人提出，它们可能是受到了一颗尚未被发现行星的影响，该行星位于距离太阳数百个天文单位处。每当有一个极端海外天体靠近它时，前者的轨道被改变，最终导致它们具有相似的倾角。 这一想法并未引起太多的关注，直到2014年有人再次提出了类似的想法。2016年1月，有天文学家利用6颗极端海外天体的轨道确定出了第九行星的质量必须有多大以及它的轨道必须是什么样的。 他们认为这是一颗海王星大小的行星，有着一条大椭圆轨道，到太阳的平均距离在400～500个天文单位之间。如果这颗行星存在且它的轨道与黄道面存在约18～25度倾角，那它从1万年前猛犸象和剑齿虎在地球上横行时至今还没有绕太阳一周。 根据过去几十年里由太阳系外行星所取得的认识，这样一颗奇特的巨行星并不会让人震惊不已。在太阳系外行星系统中，高倾角、大椭圆轨道反倒屡见不鲜。在我们的太阳系中，行星的轨道具有近圆和共面的轨道，反倒看上去相当反常。 如果行星的轨道不再完全是二维共面的，而是具有三维结构，那另一个长期存在的谜题——太阳的赤道面与黄道面并不精确重合（见插页“倾斜的太阳”）——也会显得没那么扑朔迷离了。在太阳系外行星系统中，恒星的赤道面与行星的轨道面之间可以有着各种各样的夹角。只是在我们的太阳系中，这两者才是几乎完全重合的。
但这并不意味着第九行星就一定存在。因为天文学家还没有确凿地发现它，根据预言必须要对全天约8%的区域进行搜寻。诚然，相比对整个天空进行排查要好得多了，但它仍是一个巨大的挑战。 第九行星的大椭圆轨道意味着它极有可能位于距离太阳较为遥远的一端，因此需要一架大型望远镜才能看到它。使用夏威夷莫纳克亚山顶8米的昴星团望远镜，天文学家正在开展搜寻工作。 其他天文学家小组也加入了这一行列。有一个小组正在研究暗能量巡天所拍摄的图像，它所使用的是一架位于智利的4米望远镜。该巡天项目的目标是搜寻天空中出现的遥远超新星并测量它们的距离，以此来更好地了解宇宙是如何在膨胀的。但是，你可以通过它所拍摄的图像来搜寻一些距离我们较近的天体。 除了国际天文学联合会小行星中心所列的1 867个海外天体，到目前为止暗能量巡天团队已经新发现了约200个。这些新发现海外天体中大部分的轨道都无法满足第九行星的要求，也没有任何一个具有第九行星所需的质量。然而，2017年10月有天文学家团队宣布，在搜寻第九行星的过程中发现了一个直径500千米的候选体。 他们还发现了一些海外天体轨道非常扁，它们的近日点会非常靠近海王星的轨道，按理说海王星的引力走就该把它们散射入太阳、与另一颗行星相撞或者是就此飞出太阳系。它们之所以仍在那里，就是因为第九行星的存在。与被散射出去不同，它们被送入了一条新的轨道。第九行星增强了这些天体的动力学稳定性。 与此同时，有天体物理学家认为，第九行星也可以帮助解释另一类外太阳系天体的大椭圆轨道，这些半人马型小天体的轨道会穿越1个或多个巨行星——木星、土星、天王星和海王星——的轨道。为此，该天文学家团队正在筛查位于夏威夷的全景巡天望远镜与快速反应系统两架1.8米望远镜的数据，其设计的主要目的是寻找近地小行星。 然而，并不是每个人都在随大流。2017年7月，一项长达十年的外太阳系起源巡天项目发表了一份统计分析，该巡天已经发现了800多个海外天体。其结果显示，在避开黄道中已知行星和小行星以及明亮银河的情况下，在一年中具有最佳观测条件的时间里，如果你把望远镜指向天空中某个方向，那你会以出奇高的概率发现聚集在奇特轨道上的海外天体，进而导致你认为存在第九行星。
每当你观测柯伊伯带时，你都会受到选择效应的影响。对于外太阳系起源巡天的数据，海外天体的反常聚集现象完全可以用观测偏倚来解释。 另一方面，有天文学家发现，28个海外天体的升交点——它们的轨道穿过黄道面的点——并非是随机分布的，与存在第九行星相一致。这一轨道升交点的分布不受制于外太阳系起源巡天团队所发现观测偏倚。使用和外太阳系起源巡天团队相似的方法，暗能量巡天团队分析了8颗极端海外天体的发布，发现因选择偏移导致它们出现聚集特征的几率只有4%。 虽然目前还远不足以给出决定性的结论，只要第九行星还有存在的可能性，天文学家就会通过一切可能的方式来寻找它（见插页“移动叠加”）。诚然，这也许会是一项永无止境的追求。如果没人找到它，那这是因为它本就不存在？还是因为天文学家不知何故又漏掉了它——或许找错了方向，又或许是它碰巧非常靠近天空中的某颗亮星，淹没在了其星光之中？ 事情其实没这么简单。科学是通过证否假说来前行的，目前还不清楚第九行星假说是否可以被明确被证否。但如果它真的就出现在已经获得的观测数据中，那这一点也会让人吃惊。 |
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[New Scientist 2017年12月16日]
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