最初，在我們的認(rèn)知當(dāng)中，太陽系內(nèi)共有九大行星圍繞著太陽運(yùn)轉(zhuǎn)。2006年8月，第26屆國際天文聯(lián)合會的一紙決議，將還不如月球大的冥王星開除“行星籍”，劃為矮行星，從此太陽系第九行星的位置便空了出來。

那么，太陽系是只有8顆行星嗎?近年來不斷有天文學(xué)家提出，在海王星以外的太陽系邊緣，或許還存在著一個我們尚未發(fā)現(xiàn)的行星。

在一項(xiàng)最新研究中，為了尋找太陽系第九行星，研究人員研究了兩次相隔20多年的紅外巡天數(shù)據(jù)，給了任何假設(shè)存在的行星足夠多的時間來移動到天空中的不同位置。研究人員在海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了500多顆候選行星。結(jié)果卻證明這些候選者并不是行星，這幾乎排除了太陽系存在第九行星的可能性。

太陽系“老九”，是否真的存在?

撲朔迷離的太陽系“老九”

雖然太陽系第九行星的身影撲朔迷離，但人們對尋找“老九”的熱情卻一直沒有消失。2012年，巴西天文學(xué)家羅德尼·戈梅斯提出，太陽系中仍然可能存在第九行星。戈梅斯的理由是，他發(fā)現(xiàn)在海王星外層的柯伊伯帶中，有數(shù)個小型冰狀天體的運(yùn)行軌道出現(xiàn)攝動，即某個天體因受其他天體吸引等原因而產(chǎn)生軌道上的偏差。戈梅斯通過計(jì)算進(jìn)一步指出，這些小型天體軌道的變化可能是由于海王星以外還存在著一個行星級別的天體，它或許就是太陽系中的第九行星。

而就在冥王星被除名的10年后，來自美國加州理工學(xué)院的康斯坦丁·巴特金和他的導(dǎo)師邁克·布朗宣稱，他們發(fā)現(xiàn)在柯伊伯帶中有6顆天體的運(yùn)行軌道異常。這6顆天體雖然以不同的速率運(yùn)轉(zhuǎn)，但其軌道的近日點(diǎn)指向基本一致，而在自然條件下碰巧出現(xiàn)這一情況的概率只有1/14000。這6顆行星距離海王星最近時也有數(shù)十個天文單位(1天文單位約等于1.5×108千米)的距離，因此海王星似乎不可能對它們施加影響。于是他們將這6顆天體運(yùn)行軌道異常的原因歸結(jié)為存在第九行星。他們利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模擬推測，第九行星的質(zhì)量大約為地球質(zhì)量的10倍，其到太陽的距離是海王星到太陽平均距離的20倍。

第九行星的假設(shè)一經(jīng)提出，似乎讓不少此前懸而未決的問題都有了合適的答案。眾所周知，行星圍繞太陽公轉(zhuǎn)的黃道面指向與太陽的自轉(zhuǎn)軸指向并不完全重合，而是有約7度的傾斜角，此前人們一直未能對這一現(xiàn)象做出合理解釋。而巴特金與布朗的研究則指出，尚未被發(fā)現(xiàn)的第九行星，很可能正是造成太陽獨(dú)特傾斜角的原因。

南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇表示：“第九行星的假設(shè)確實(shí)能夠?yàn)槲覀冇^察到的一些難以理解的天體運(yùn)行現(xiàn)象提供解釋。但這種解釋并不是唯一的。”

發(fā)現(xiàn)“老九”的直接和間接方法

理論模型是一回事，能否真的找到第九行星就是另一回事了。最直接的辦法當(dāng)然是通過望遠(yuǎn)鏡直接觀測，如果我們能看到第九行星的真實(shí)面貌，毫無疑問是“鐵證如山”。但周禮勇認(rèn)為，直接觀測到第九行星的難度極大，“首先，如果它真的存在，那么它與我們的距離將會非常遙遠(yuǎn)，這也就意味著亮度很低，很難直接觀測到。”周禮勇說，其次，即使是利用大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，也存在著另一瓶頸，“一般光學(xué)望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)上有一個很重要的特點(diǎn)，即口徑越大、視場越小。這意味著如果用大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡去觀測，每次也只能看見很小的一片區(qū)域，搜尋難度較大。”

除了直接用望遠(yuǎn)鏡觀測第九行星，周禮勇提出，或許還可以像發(fā)現(xiàn)海王星那樣，通過觀測它對其他行星軌道的影響來尋找其存在的有力證據(jù)。“如果發(fā)現(xiàn)有其他行星的軌道發(fā)生偏離，并且現(xiàn)有的太陽系模型無法解釋，就有可能是第九行星在‘作怪’。”但他也補(bǔ)充道，即使真的存在第九行星，并且對其他行星軌道產(chǎn)生了影響，這個影響也是一個十分漫長的過程，可能需要非常高的觀測精度、積累很長時間的觀測數(shù)據(jù)才能發(fā)現(xiàn)。

對于巴特金與布朗的研究結(jié)果，周禮勇則認(rèn)為其尚不足以對第九行星的存在提供有力支撐。他提到，針對遠(yuǎn)距離太陽系天體的觀測，最近發(fā)表的一組觀測數(shù)據(jù)顯示，所謂的天體軌道近日點(diǎn)指向聚集，更有可能是一種隨機(jī)現(xiàn)象。“這種少數(shù)天體軌道指向聚集很有可能是一種有限觀測數(shù)據(jù)所造成的假象。就是說只要類似天體數(shù)量足夠多，而觀測機(jī)會比較少，就有可能出現(xiàn)這樣一種假象。”周禮勇還進(jìn)一步指出，天文學(xué)中存在著觀測選擇效應(yīng)，“比如因?yàn)殂y河系的銀心特別亮，情況比較復(fù)雜，所以我們在做觀測的時候往往會主動避開這個方向。那么在這種有選擇的觀測情況下觀測到的一些結(jié)果，只能稱之為現(xiàn)象，是不是完全的事實(shí)，還需要更全面的觀測數(shù)據(jù)來支撐。”

尋找過程比結(jié)果更重要

雖然目前人類并沒有發(fā)現(xiàn)第九行星存在的確鑿證據(jù)，但也沒有絕對否定它的存在。周禮勇開玩笑地表示：“現(xiàn)在對于是否真有第九行星這個問題，在天文學(xué)界已經(jīng)成為一種‘信仰’般的存在了。”比如巴特金和布朗便堅(jiān)定相信第九行星的存在，并且一直在鍥而不舍地尋找證據(jù)。而像這對師徒一樣，相信第九行星存在的天文學(xué)家不在少數(shù)。在2021年12月23日發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》增刊的一篇論文中，研究人員對長達(dá)6年的望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，試圖在南部天空中識別第九行星的可能蹤跡。最終挑選的3000多個可能候選光源，結(jié)果都無法被證實(shí)為行星。但搜尋無果并不能代表這顆行星不存在，研究人員表示，這項(xiàng)研究僅覆蓋了該行星在天空中10%—20%可能存在的區(qū)域，還有大片可能區(qū)域等待著被觀測。

不同于那些第九行星的忠實(shí)“信徒”，也有天文學(xué)家堅(jiān)定認(rèn)為第九行星并不存在。曾專注于柯伊伯帶天體研究的天文學(xué)家大衛(wèi)·朱伊特便壓根兒不相信第九行星的存在，他認(rèn)為第九行星的相關(guān)理論距離可驗(yàn)證仍相去甚遠(yuǎn)。

周禮勇同樣也對第九行星的存在持懷疑態(tài)度，他更傾向于認(rèn)為部分天文學(xué)家苦苦追尋的“老九”實(shí)際并不存在。“如果按照理論計(jì)算，那么大的一顆行星，存在于那么遠(yuǎn)的軌道上，其軌道的偏心率、傾角又都那么大，我覺得這從最初的行星起源上就很難解釋。”周禮勇認(rèn)為，距離太陽如此遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶，其本身存在的物質(zhì)稀少，要形成如此巨大的一顆行星，這種可能性微乎其微。“當(dāng)然也有人認(rèn)為，這顆行星有可能來自太陽系外，是被太陽的引力捕獲而來的。但太陽系的引力系統(tǒng)是一個可逆的系統(tǒng)，被太陽系吸引的天體從哪里來，就會回哪里去，想把它留下來，是一件非常困難的事情，需要很苛刻的條件。”周禮勇對第九行星來自太陽系外的解釋也并不認(rèn)同。此外，還有其他觀點(diǎn)認(rèn)為，很早以前太陽有一顆伴星，而第九行星或許就是這顆伴星遺留下來的行星。為了解釋第九行星存在的合理性，各類觀點(diǎn)眾說紛紜。周禮勇認(rèn)為，雖然種種解釋或許都存在理論上的可能，但其實(shí)際發(fā)生的概率都非常小，“這些解釋多多少少都有一點(diǎn)牽強(qiáng)，是為了解釋一個觀測方面的難題而引入了更多的難題。”

或許第九行星存在與否我們暫時無法確定，但就像天文學(xué)家佩德羅·貝爾納迪內(nèi)利所說的那樣，關(guān)于第九行星的爭論從根本上讓人們更加關(guān)注外太陽系。如果我們能夠找到第九行星，那將是驚人的發(fā)現(xiàn);如果不能，我們則需要認(rèn)真解釋那些異常現(xiàn)象。但無論如何，我們都已經(jīng)從兩種研究中學(xué)到了東西。