太陽系的魅影

張唯誠

在太陽系的“遠郊”，相當于海王星軌道之外那黑暗幽深的地方，可能有一顆神秘的星球正在緩緩地繞著太陽運行。它的存在雖然只是一種猜測，但天文學家“感覺”到了它的影響力，這種影響力令一些遙遠的冰質天體顯示了奇異的舉動。加利福尼亞理工學院的兩位行星學家康斯坦丁·巴特金和邁克·布朗用計算機模擬獲得了一些數(shù)據(jù)，他們分析了這些數(shù)據(jù)后對這顆星球有了一些初步的了解。

這會是“第九大行星”嗎？

2016年，這兩位科學家在他們的論文中描述了這顆星的大致情況：它的質量大約是地球的10倍，位于距太陽300億千米的軌道上，這個距離相當于太陽和地球距離的200倍。

然而，有關這顆星的更多證據(jù)十分缺乏，而且，搜索工作也是困難重重。人們現(xiàn)在能夠肯定的是：一些冰質天體的重疊軌道十分可疑，這種現(xiàn)象不僅顯示著一顆行星的存在，它甚至能幫助人們將視線投向正確的地方。

人們正式尋找這顆行星大約開始于2014年，尋找地點是海王星軌道之外，那里有一條名為“柯伊伯帶”的地方，是冥王星的“地盤”，一些冰質天體和冥王星共同存在于這個巨大的環(huán)形地帶中。人們發(fā)現(xiàn)，有12顆“柯伊伯帶”天體在靠近太陽時大致同時穿越了太陽系的平面，這表明，在這些軌道的更外圍，有一種力量在影響著它們，這種力量很可能就來自于一顆大行星的引力，它把那些冰質天體束縛在了一塊不大的空間里。

可疑的現(xiàn)象并不是只有這些，巴特金和布朗還發(fā)現(xiàn)了更加奇怪的事，他們注意到，有6顆“柯伊伯帶”天體的軌道被拉成了狹長的橢圓形，那些橢圓延伸的方向全都靠向一側，并且，這些軌道還大致處在一個平面上，假若這樣的事情是隨機的，那么存在的可能性便只有0.007%。美國亞利桑那大學的行星學家雷努·馬爾霍特拉形象地說：“想象一下你將一把鉛筆隨意地撒到桌面上，假若它們都指向一個方向，那顯然是非同尋常的。”

這顆行星的存在還可以解釋另外兩個奇怪天體的運行，這兩顆名為“塞德娜”和“2012VP113”的矮行星，運行于更靠近太陽系邊緣的地方，它們的軌道和我們已知的大行星離得非常遠。天文學家們認為，這樣的狀況也可能是那顆神秘的“第九大行星”造成的。

人們推測，“第九大行星”誕生的時候可能更靠近太陽，然后，被離太陽更近的大天體“踢”了出去，于是它便來到了現(xiàn)在這樣一個遠離太陽的軌道上。將它踢出去的大行星應該就是木星、土星、天王星和海王星中的一顆。

歷史上的類似事件

因察覺星體的運行呈現(xiàn)異常而發(fā)現(xiàn)了另一顆星體，這在歷史上并不是第一次。1781年天王星被發(fā)現(xiàn)后，人們就察覺到天王星的運行與根據(jù)牛頓理論推導的情形并不一致，這暗示在天王星軌道附近可能還有一顆行星影響著它的運行。1846年，法國數(shù)學家勒維耶和約翰·柯西·亞當斯計算出了那顆假想行星所在的位置和質量。勒維耶把計算結果告訴了他的朋友、柏林天文臺的天文學家約翰·格弗里恩·伽勒。伽勒接到計算結果后即把天文望遠鏡指向了那個方位，他果然發(fā)現(xiàn)了一顆行星——海王星。

海王星的發(fā)現(xiàn)和現(xiàn)在人們對“第九大行星”的搜尋有著共同之處。有所不同的是，當年勒維耶和亞當斯要設法搞清楚的問題是為什么天王星顯示了和萬有引力不相符的運行規(guī)律，而巴特金和布朗則要回溯到太陽系的過去，他們需要把“第九大行星”和太陽系演化的歷史聯(lián)系起來。

與此同時，搜尋“第九大行星”這樣的事在歷史上也同樣不是第一次。當海王星發(fā)現(xiàn)后，這樣的搜索就開始了。1930年，美國天文學家克萊德·湯博宣布，他找到了這顆星，它就是冥王星。此后，冥王星便作為太陽系的“第九大行星”存在。直到2005年，一顆比冥王星更大的天體被人們發(fā)現(xiàn)了。它叫“厄里斯”，中文名“鬩神星”，而這顆星的主要發(fā)現(xiàn)者之一就是布朗。

鬩神星比冥王星大，似應為太陽系中的第十大行星。然而，天文學家認為，把鬩神星稱為第十大行星是不合適的，這種和冥王星差不多大小的天體最好歸入一個獨立的類別。于是，鬩神星并沒有成為第十大行星，它和冥王星一起成了“矮行星”。這樣一來，冥王星的大行星地位就失落了。

矮行星是介于大行星和小行星之間的一種天體，這個概念的出現(xiàn)是人們對太陽系行星世界有了更多認識后產生的結果?！靶行恰边@個詞來源于古希臘，它的原意是“游走的星球”。在古希臘，生活于2000多年前的自然哲學家亞里士多德首先確定了天空中有7顆行星，它們是太陽、月亮、水星、金星、火星、木星和土星。人們將這些星稱為“行星”的歷史長達1500年。

如何搜索“第九大行星”？

到了16世紀，由于波蘭天文學家哥白尼提出了日心說，太陽便脫離了行星的行列，但望遠鏡的出現(xiàn)又使行星的數(shù)量重新增加。1610年，意大利天文學家伽利略第一次用望遠鏡觀察了星空，他在木星周圍發(fā)現(xiàn)了4顆衛(wèi)星。17世紀后期，天文學家惠更斯和卡西尼又在土星周圍發(fā)現(xiàn)了5顆衛(wèi)星。這樣一來，到了17世紀末，行星就增加到了15顆，因為人們將那些在木星和土星周圍發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星也都稱為行星。

從那以后到20世紀，天空中行星的數(shù)量仍然一直處在波動中。首先是從15顆減到了6顆，因為人們把那些圍繞行星運行的天體歸到了衛(wèi)星一類。此后，6顆行星又變成了7顆，因為人們發(fā)現(xiàn)了天王星。后來人們又相繼在火星和木星之間發(fā)現(xiàn)了一些天體，于是，行星又增加到了13顆。今天，人們將那些在火星和木星之間發(fā)現(xiàn)的天體稱為小行星或者矮行星，冥王星也由于“不能清除軌道周圍的小天體”而歸于矮行星的行列，這樣一來，行星就又只剩下8顆了。

可以看出，太陽系中行星的數(shù)量是在一直變化著的。今天，人們似乎又在重復這樣一種有趣循環(huán)了，布朗等人一方面因發(fā)現(xiàn)鬩神星而“殺死”了原來的“第九大行星”冥王星，另一方面又因探索冥王星附近的“柯伊伯帶”天體而察覺到太陽系中可能還有新的“第九大行星”。有人甚至認為，接下來還會發(fā)現(xiàn)更多的行星。這種現(xiàn)象的反復發(fā)生并非歷史的巧合，它恰好說明人類對行星世界的認識是逐步走向深入的，其間充滿了艱難和曲折。

到目前為止，人們對“第九大行星”的搜索并沒有取得突破性的進展，但這項工作的力度將會越來越大。

美國國家航空航天局的“廣角紅外探測望遠鏡”（WISE）已經花了很長時間搜尋遙遠的天空，它獲得的數(shù)據(jù)排除了太陽周圍很大距離內存在土星大小的行星和類木行星的可能。假若更冷更小的行星存在于這個范圍之外，可能更難被發(fā)現(xiàn)，因為那里的背景已經是布滿星辰的銀河系了。

位于智利的維克多·布蘭科望遠鏡和位于夏威夷的昴星團望遠鏡也是非常適合用于搜索“第九大行星”的望遠鏡，它們的照相機都能掃描大幅的天空。假若科學家有耐心等待一些時日，他們將在2023年得到一架更好的望遠鏡——大型綜合巡天望遠鏡，這架望遠鏡正在建造中，位于智利，它每三天就能把全天巡視一遍。

人們期待在現(xiàn)代望遠鏡強有力的搜索之下，這游蕩于太陽系“遠郊”的魅影——神秘的“第九大行星”最終顯露出它的真面目。

【責任編輯】趙新宇