太陽系真有第九大行星嗎

2016年對于太陽系來說是繼“冥王星降級”后又一個行星紛爭的年份，剛好在10年前的2006年，全世界的天文學家齊聚布拉格召開國際天文學聯(lián)合會大會，以投票的方式重新定義冥王星為矮行星。導致這一重大事件的直接原因之一，就是美國加州理工大學的麥克·布朗發(fā)現(xiàn)了比冥王星質(zhì)量更大的鬩神星。因此至今仍有很多人視布朗為“冥王星殺手”。再看看2016年1月布朗個人推特上的一條十分有趣的留言——“好吧好吧，現(xiàn)在我樂意承認：我堅信太陽系有九大行星。”這究竟是怎么回事呢？

一篇“驚世駭俗”的論文

2016年1月20日的《天文學》雜志上刊登了一篇“驚世駭俗”的論文，作者是美國加州理工大學的麥克·布朗和康斯坦丁·巴蒂金。他們根據(jù)6顆軌道怪異的柯伊伯帶天體（太陽系內(nèi)位于海王星軌道外，距離太陽約30到50個天文單位的小天體）數(shù)據(jù)，用計算機數(shù)值模擬的方法得出結(jié)論：太陽系很可能存在第九顆行星，其質(zhì)量約為地球的10倍，與太陽的平均距離大約是海王星的20倍，軌道是非常扁的橢圓，而且近日點（行星軌道上與太陽距離最近的位置）與其他行星相對，完成一整圈繞日公轉(zhuǎn)約需要1萬年到2萬年的時間。

布朗和巴蒂金的論文發(fā)表后，引來了極大的關注，但也引來了不同的意見。西班牙的卡洛斯兄弟和英國劍橋大學的斯威爾·阿塞思提出，如果第九顆行星的質(zhì)量和軌道如布朗和巴蒂金所言，那么反推它對6顆柯伊伯帶天體的引力影響，就會發(fā)現(xiàn)這6個天體的軌道都是不穩(wěn)定的，在短于15億年的時間里，它們?nèi)慷伎赡茈x開太陽系。因此在這個西班牙-英國團隊看來，最有可能的情況是太陽系外圍存在不只一顆行星，而是有多顆，這樣才能讓奇特的柯伊伯帶天體軌道保持穩(wěn)定。

需要至少三年才可能找到它？

布朗和巴蒂金分析的6顆柯伊伯帶天體中有一顆特別引人注意，它的編號為2012VP113，是美國卡耐基研究所的斯考特·謝帕德和雙子天文臺的查得威客·特魯吉羅共同發(fā)現(xiàn)的已知距離最遠的太陽系內(nèi)天體。

作為尋找第九顆行星強有力的競爭團隊，謝帕德和特魯吉羅團隊利用位于智利和美國夏威夷的超大型望遠鏡，已經(jīng)搜索了大約全天10%的區(qū)域，但仍未找到第九顆行星的蛛絲馬跡，因為目前的數(shù)據(jù)只能給出這顆可能存在行星的大致軌道，如果正好位于近日點，那么它的亮度有可能被地面望遠鏡探測到，如果運氣不好，這顆可能存在的行星剛好位于遠日點附近，那么只有世界上最大口徑的幾臺望遠鏡才有機會捕捉到它的光亮。需要搜尋的天區(qū)面積實在是太大了，布朗和巴蒂金的樂觀估計也需要至少三年時間才有可能找到它。

莫衷一是的爭論

天文學家們大都認為，搜尋證認第九顆行星將會是漫長的等待。就在布朗和巴蒂金宣布第九顆行星可能存在后一個月，大西洋彼岸的法國傳來喜訊。巴黎天文臺的艾格尼絲·費恩加和雅庫思·拉斯卡團隊在《天文學和天體物理學快報》上發(fā)表論文，宣稱他們利用最高精度計算太陽系行星運動的INPOP程序，比對了卡西尼探測器自2004年進入土星觀測軌道后的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)如果在數(shù)值模型中引入第九顆行星，能夠解釋數(shù)據(jù)與理論計算值的部分偏差，特別是通過這種數(shù)據(jù)比對，該小組可以限定出第九顆行星不可能存在的天區(qū)，甚至給出了第九顆行星存在的最可能方向。換句話說，雖然第九顆行星是否真的存在只能由直接的觀測來證實，但法國天文學家的結(jié)論能夠?qū)⑿行强赡艽嬖诘奶靺^(qū)范圍縮小一半，這對于搜尋觀測來說真是事半功倍！

然而，美國噴氣實驗室負責卡西尼探測器項目的威廉姆·福克納隨即發(fā)表聲明，認為從2004年到2016年的卡西尼探測器軌道數(shù)據(jù)全部都能用現(xiàn)有數(shù)學模型解釋，不存在“無法解釋”的理論數(shù)值與觀測數(shù)據(jù)的偏離。如果真的存在第九顆行星，那么它的引力或許會影響土星的軌道，但不會對卡西尼探測器的軌道產(chǎn)生任何影響。

三種可能的形成機制

即使我們更傾向于相信第九顆行星存在，那么問題又來了：第九顆行星到底是怎樣形成的呢？美國哈佛史密松天體物理中心的李和弗萊德·亞當斯考慮了三種可能的形成機制，其中概率最高的圖景是這顆行星在太陽系內(nèi)形成，由于太陽系早期處于星團內(nèi)部，很容易受到星團內(nèi)其他恒星引力的影響，于是這顆行星逐漸被拉到太陽系邊緣，但這種圖景發(fā)生的幾率最高只有10%。其他兩種圖景分別為：第九顆行星本是一顆系外行星，當太陽與行星的母恒星距離接近時，它被太陽俘獲到太陽系內(nèi)；第九顆行星本是一顆自由的行星，浪跡在星際空間，被太陽俘獲。這兩種圖景發(fā)生的概率更低，都小于2%。

認為第九顆行星很可能是太陽系捕獲的系外行星的天文學家也大有人在。瑞典隆德大學的亞歷山德拉·穆斯迪爾就語出驚人，提出第九顆行星是太陽在大約45億年前從近鄰恒星“偷來”的一顆系外行星，當然他的理論需要很多“有利因素”同時存在，例如行星軌道必須很扁，星團中恒星間的距離必須較近等等。在穆斯迪爾看來，如果能夠證實第九顆行星存在而且是被太陽捕獲的系外行星，那么它將是第一顆能夠派遣探測器對其進行近距離觀察的系外行星，因為其他系外行星的距離都是以光年度量的。

一百多年后再次算出行星？

正如美國卡耐基研究所的斯考特·謝帕德所述：我們今天所處的情形與19世紀何其相似！自1781年赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星后，天文學家就注意到這顆行星的軌道觀測值與理論計算值之間有偏差，于是有人預言在天王星軌道外還有一顆行星，正是這顆行星的引力導致天王星軌道的偏差。英國的亞當斯和法國的勒威耶分別獨立計算出這顆新行星的位置，最終由德國的天文學家伽勒通過望遠鏡觀測證實了海王星的存在。因此海王星也被稱為“筆尖上發(fā)現(xiàn)的行星”。如果在可預期的未來，大型望遠鏡能夠觀測確認第九顆行星的存在，那么它將是繼海王星之后，又一顆先通過計算（只是這一次是在計算機數(shù)值模擬的幫助下）預言，再由觀測證實存在的太陽系行星。

如果真能確認發(fā)現(xiàn)太陽系的第九顆行星，不僅能夠解釋柯伊伯帶天體怪異的軌道，還能解釋令天文學家一籌莫展的“柯伊伯帶懸崖”等一系列難題。太陽系到底有多少顆行星永遠是最熱門的天文話題。10年前因為冥王星被踢出行星隊伍，有多少人唏噓不已，甚至耿耿于懷直至今日。歷史總是驚人的重復，不知今時是否會如100多年前一樣，由于其他天體軌道的異常，先通過計算再由望遠鏡觀測發(fā)現(xiàn)，證實一顆新太陽系行星的存在？讓我們“拭鏡以待”吧。