“發現新行星”如今就像“狗咬人”一樣，算不上什麼激動人心的頭條新聞。在很大程度上要歸功於太空基的開普勒任務，天文學家在過去二十年中已經識別出大約 2,000 個新世界，它們圍繞著距離地球數十甚至數百光年的恆星執行。總的來說，這些在科學上很重要，但由於數量如此之多，列表中任何單一的增加都不太可能成為什麼大事。但是，加州理工學院今天釋出的一項新的行星公告卻非常不同，因為它描述的世界並非圍繞遙遠的恆星執行。它是我們太陽系的一部分——你可能會認為我們現在已經探索得很透徹的地方。
顯然並非如此：在《天文學雜誌》接受發表的一篇分析中，加州理工學院的行星科學家康斯坦丁·巴特金和邁克·布朗提出了他們所說的強有力的間接證據，證明存在一顆非常巨大的、尚未被發現的行星，其質量可能是地球的 10 倍，在太陽系冥王星以外的黑暗外圍軌道上執行。科學家們從他們可以看到的少數較小天體的軌道異常中推斷出它的存在。“我已經很久沒有對任何事情感到如此興奮了，”加州大學聖克魯茲分校的行星形成和動力學專家格雷格·勞夫林說，他沒有參與這項研究。
研究人員暫時命名為“第九行星”的天體，距離太陽最近也有 305 億公里左右，或者說是冥王星平均距離的五倍。作者表示，儘管它體積巨大，但它會非常暗淡，以至於沒有人發現它也就不足為奇了。
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如果它存在的話。“遺憾的是，”布朗說，“我們還沒有實際探測到它。”但證據足夠有力，以至於其他專家都非常重視。“我認為這很有說服力，”夏威夷雙子座天文臺的查德·特魯希略說。科羅拉多州博爾德市西南研究院 (SwRI) 的太陽系理論家大衛·內斯沃尼也印象深刻。“這些人真的很棒，”他說。“他們提出了一個很好的理由。”
奇怪的軌道
巴特金和布朗並不是第一個主張在我們的太陽系中存在一顆額外行星的人。2014 年，卡內基科學研究所的特魯希略和斯科特·謝潑德在《自然》雜誌上論證說，他們自己發現的一個小得多的天體，稱為 2012 VP113，以及外太陽系中少數先前識別的天體的存在，暗示那裡可能存在行星大小的東西。證據在於它們的軌道，特別是一個晦澀的引數，稱為“近日點幅角”——天體最接近太陽的時間與它穿過太陽系平面的時間之間的關係。特魯希略和謝潑德識別出的天體都具有驚人相似的近日點幅角，這可能意味著它們受到一個未被觀測到的世界的引力控制。“我們注意到了一些奇怪的事情，”特魯希略說，“並說‘應該有人進一步探索這個問題。’”（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
幾個小組確實這樣做了，並且一致認為，隱藏行星的案例是合理的，但仍然相當具有推測性。（請參閱當前《大眾科學》中的“尋找 X 行星”）。然而，新的分析大大加強了這一論點。事實證明，近日點幅角的相似性“只是冰山一角”，巴特金說。
他說，他和布朗做的第一件事就是用全新的眼光分析特魯希略和謝潑德的資料。“我們注意到的是，”巴特金說，“這些天體的軌道長軸落在天空的同一個象限中。”換句話說，它們指向相同的方向。這種結果並非必然；即使兩個天體的軌道在其他方面並不物理相似，它們也可能具有相似的近日點幅角。但是，當布朗和巴特金繪製這些外太陽系天體的軌道時，他們注意到它們高度橢圓形的軌道形狀非常一致。“難道這樣的事情不應該很容易被錯過嗎？”布朗問道。“是的，你可能會這麼認為。這是一個我們埋頭於資料中，從未退後一步並從上方觀察太陽系的案例。我簡直不敢相信我以前從未注意到這一點，”他說。“這太荒謬了。”
軌道的方向性更強烈地暗示著有什麼東西在物理上驅趕著這些遙遠的天體。“起初，”布朗說，“我們說‘那裡不可能有行星——這太瘋狂了。’”因此，他們檢查了最可能的替代方案——冥王星以外的柯伊伯帶冰冷天體自然而然地將所有天體聚整合團，就像星系從宇宙雲中引力地將自身拉成形狀一樣，宇宙雲是從大爆炸中產生的氣體。
作者意識到，這種情況的問題在於柯伊伯帶缺乏使其發生的質量。然而，當科學家們轉向“瘋狂”的行星概念時，他們的模擬產生了恰好合適的對齊軌道。他們還揭示了其他一些東西：一顆巨行星的引力應該導致一組完全獨立的天體，這些天體的軌道彼此不對齊，但與行星的軌道相比，傾斜度卻很大——偏離太陽系平面高達 90 度甚至更多。“這似乎真的很令人費解，”巴特金說。“但隨後邁克說，‘我想我在資料中看到了類似的東西。’”果然，觀測者已經發現了大約六個這樣的天體，但沒有人對它們是如何到達那裡的提出過好的解釋。現在，巴特金和布朗的模擬正在提供一種解釋。“事實上，他們現在正在為一顆假設的行星調集兩條新的、獨立的證據線，”勞夫林說，“這使他們的案例更加有力。”
一顆假設的第九行星的引力可以解釋冥王星以外兩組不同天體的奇特軌道。
該圖表是使用 WorldWide Telescope 建立的。
加州理工學院/R. Hurt (IPAC)
超級地球
最符合資料的行星質量約為地球的 10 倍——將其歸為所謂的“超級地球”類別，其中包括許多圍繞其他恆星執行的行星，但到目前為止，我們自己的太陽系中還沒有——並且小於海王星，海王星是已知的第四大繞太陽執行的行星，其質量約為地球的 17 倍。它最可能的軌道是一個高度拉長的軌道，使其在最近點（“那是它造成所有破壞的地方，”布朗說）距離太陽 350 億公里以內，而在最遠點則遠三到六倍。
即使在如此遙遠的距離上，原則上也可以用現有望遠鏡發現第九行星——最容易的是夏威夷的日本 Subaru 望遠鏡，它不僅擁有巨大的反射鏡來捕獲微弱的光線，而且還具有寬廣的視野，可以使搜尋者有效地掃描大片天空。“不幸的是，我們不擁有 Subaru，”布朗說，“這意味著我們不太可能是發現它的人。所以我們正在告訴其他人去哪裡尋找。”
在實際看到它之前，天文學家無法明確地說第九行星是真實存在的。“我往往非常懷疑太陽系中存在額外行星的說法，”SwRI 的哈爾·萊維森說。“在我的職業生涯中，我見過很多這樣的說法，但所有說法都是錯誤的。”他承認軌道對齊是真實的。“有些東西正在創造它。但需要更多地探索那是什麼東西。”
然而，總的來說，行星科學家顯然對我們可能正處於如此重大發現的邊緣感到興奮。“當我長大的時候，”謝潑德說，“我們認為所有的大行星都已經找到了。得知我們錯了將是非常令人興奮和非常驚訝的。”
勞夫林說，天文學界的氛圍完美地捕捉到了英國天文學家約翰·赫歇爾在 1846 年 9 月 10 日向英國科學促進會發表的演講中所說的話。天王星的軌道中發現了不規則性，表明一顆未知的、巨大的行星的引力正在拉扯它。在談到這個神秘天體時，赫歇爾說
“我們看到它就像哥倫布從西班牙海岸看到美洲一樣。它的運動沿著我們分析的深遠路線被感受到，其確定性幾乎不亞於親眼所見。”僅僅兩週後，海王星被發現，就在理論家的計算所說的位置。