在太陽系八大行星之外，甚至在冥王星和矮行星之外的遙遠區域，可能潛伏著一個被稱為“第九行星”的重要新世界。很少有發現能像找到另一顆繞太陽執行的行星那樣轟動，這使得這項壯舉成為天文學家的聖盃，幾個世紀以來，他們只成功地完成了幾次。沒有人確切知道這個虛幻的世界可能在哪裡——甚至它是否真的存在。但在尋找它的競賽中，研究人員現在正透過它對太陽系其餘部分的影響來縮小其位置範圍，大約將他們認為必須搜尋的空間量減少了一半，而就在幾個月前，他們還認為需要搜尋更大的範圍。上週，科學家們在加利福尼亞州帕薩迪納舉行的美國天文學會行星科學分會和歐洲行星科學大會的會議上詳細介紹了他們在探索中取得的最新進展。
在一月，加州理工學院的天體物理學家Konstantin Batygin和Michael Brown公佈了關於一顆巨大、未被發現的第九行星的證據。他們的計算機模型表明，這樣一個世界的引力可能解釋了柯伊伯帶中幾個冰冷天體的奇怪、傾斜的軌道，這些天體在太陽系的外圍遊蕩。科學家們現在正爭先恐後地使用地球上一些最大的望遠鏡，如夏威夷的昴星望遠鏡，成為第一個發現第九行星的人。
Batygin和Brown的研究縮小了該行星可能的質量和軌道範圍，使其位於之前的觀測可能遺漏的區域。他們的計算表明，它的質量是地球的五到二十倍——這個數字是瞭解他們正在尋找的物體的大概大小的關鍵。他們還認為，與太陽系平面（八大行星執行的相對薄而平坦的區域）相比，它的軌道可能傾斜約30度。他們還提出，這顆行星現在可能靠近其軌道上離太陽最遠的點，位於天空的北半球，並且它可能具有一個平均距離太陽380到980天文單位（AU）的橢圓軌道。（一個天文單位是地球和太陽之間的平均距離。）
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然而，卡內基科學研究所的天文學家斯科特·謝潑德說，這些估計仍然留下了一片“大約1500平方度大”的天空區域，他和天文學家查德威克·特魯希略在2014年首次提出了第九行星的存在。（相比之下，從地球上看到的滿月覆蓋了大約0.2度的天空。）謝潑德描述的這片區域相當於在昴星望遠鏡上觀測約20個夜晚，“如果我們今年能有大約七個夜晚的觀測時間，那就需要三年——如果這些夜晚都不下雨，”謝潑德說。
因此，目前這場競賽的策略很大程度上是透過消除理論上的可能性來縮小搜尋範圍。Batygin說，在尚未發表的約100個新的高解析度計算機模擬中，他和Brown已將第九行星的位置縮小到天空大約600到800平方度的區域。他們首先模擬了大約40億年來的太陽系，重點關注太陽系中最大的行星——木星、土星、天王星、海王星和第九行星——的引力可能如何塑造數千個隨機散佈的柯伊伯帶天體（KBO）的軌道。“我們正在尋找第九行星對太陽系所做的一切，”Brown說。
為了試圖改進第九行星可能的軌道，研究人員接下來將他們的結果與柯伊伯帶現在的樣子進行了比較。“我們的工作產生了一個看起來很像真實太陽系的合成太陽系，”Batygin說。“鑑於我們的結果與我們在太陽系中實際看到的情況如此接近，我對第九行星確實存在於那裡的信心已接近完成。”
進一步的策略包括檢查第九行星自身可能對各種其他天體的引力影響。俄羅斯科學院應用天文學研究所的天文學家Yuri Medvedev和Dmitri Vavilov觀察了768顆首次進入太陽系的彗星，注意到其中五顆可能在過去某個時候接近過第九行星——第九行星的引力會改變它們的路徑。他們的分析表明，“也許是第九行星使這些彗星進入了太陽系，”Vavilov說。“我們認為彗星可能有助於縮小第九行星的位置範圍。這將有助於找到其他彗星。”謝潑德說，他對“使用彗星來幫助尋找第九行星持謹慎態度，因為除了第九行星之外，可能還有許多其他力會影響彗星的軌道。... 儘管如此，雖然我對此表示懷疑，但這可能會有所幫助。”
哈佛-史密森天體物理中心的Matthew Holman和Matthew Payne對冥王星的分析未能找到支援或反對第九行星的結論性跡象。Holman說，這部分是由於冥王星舊檔案影像的混亂性，這使得很難看出冥王星的軌道是否發生了偏移，從而暗示第九行星的存在與否。然而，他指出，來自地面無線電天線網路的高質量土星資料（該網路監控美國宇航局卡西尼號宇宙飛船的位置）非常有希望，並且與Batygin和Brown迄今為止報告的結果一致。
Holman說，分析火星軌道的變動也可能有助於找到第九行星。雖然第九行星對火星的影響小於對土星的影響——這是因為火星更靠近太陽，因此與太陽的引力束縛更緊密——但圍繞火星執行的軌道飛行器比土星更多，而且它們觀測這顆紅色行星的時間更長，因此“它們的觀測結果要精確得多，”Holman說。此外，“卡西尼號的測距資料精確到幾十米，而地球和火星之間的測距資料精確到一米。”
更多關於第九行星影響的潛在證據可能在外部太陽系天體繞太陽執行所需的時間中找到。例如，亞利桑那大學圖森分校理論天體物理學主席、天文學家雷努·馬爾霍特拉說，已知軌道最長的四個柯伊伯帶天體以模式執行，而這種模式最容易用第九行星的存在來解釋。馬爾霍特拉及其同事的工作還表明，第九行星的軌道可能有兩個傾角，一個更接近太陽系平面，為18度，另一個更陡峭，約為48度——這些資訊可能有助於縮小要搜尋的廣闊天空區域。
但是，一些研究似乎將可能的位置限制在這樣的程度，以至於它可能完全排除第九行星的存在。例如，雖然之前的研究表明，第九行星的存在是因為某些柯伊伯帶天體的軌道聚集在一起，但另一種解釋可能是，可用的柯伊伯帶天體觀測數量有限，只是讓它們的軌道看起來像是聚集在一起的，維多利亞大學的天體物理學家科裡·尚克曼和加拿大國家研究委員會的薩曼莎·勞勒說。*
Brown認為，他和Batygin已經考慮了這種觀測偏差的可能性——並且其他證據也表明第九行星是真實存在的。例如，Brown和他的同事說，他們發現這個幽靈世界的影響可能解決長期存在的謎團，即為什麼太陽系平面相對於太陽是傾斜的。
亞利桑那大學的馬爾霍特拉說，她對第九行星仍然持不可知論態度，但她指出，她和她的同事發現，極遠處柯伊伯帶天體的軌道似乎以一種難以用其他方式解釋的方式傾斜。“我們看到的扭曲程度簡直太瘋狂了，”她說。“對我來說，這是我迄今為止遇到的最有趣的第九行星證據。”
*編者注（2016年10月26日）：這句話在釋出後進行了更改，以更正薩曼莎·勞勒的機構隸屬關係。