太阳系有没有九大行星

　　国际著名杂志《科学》与《自然》在进行2017年科学展望时，都把寻找太阳系第九大行星列入其中。那么，这个问题是如何提出的？天文学家们又为此付出了怎样的努力？

　　2016年对于太阳系来说是继“冥王星降级”后又一个行星纷争的年份，刚好在10年前的2006年，全世界的天文学家齐聚布拉格召开国际天文学联合会大会，以投票的方式重新定义冥王星为矮行星。导致这一重大事件的直接原因之一，就是美国加州理工大学的麦克·布朗发现了比冥王星质量更大的阋神星。因此至今仍有很多人视布朗为“冥王星杀手”。再看看2016年1月布朗个人推特上的一条十分有趣的留言——“好吧好吧，现在我乐意承认：我坚信太阳系有九大行星。”这究竟是怎么回事呢？

　　一篇“惊世骇俗”的论文

　　2016年1月20日的《天文学杂志》上刊登了一篇“惊世骇俗”的论文，作者是美国加州理工大学的麦克·布朗和康斯坦丁·巴蒂金。他们根据6颗轨道怪异的柯伊伯带天体（太阳系内位于海王星轨道外，距离太阳约30到50个天文单位的小天体）数据，用计算机数值模拟的方法得出结论：太阳系很可能存在第九颗行星，其质量约为地球的10倍，与太阳的平均距离大约是海王星的20倍，轨道是非常扁的椭圆，而且近日点（行星轨道上与太阳距离最近的位置）与其他行星相对，完成一整圈绕日公转约需要1万年到2万年的时间。

　　布朗这样描述6颗轨道奇特的柯伊伯带天体：想象一个有6枚指针的表盘，每枚指针的运动速度都不同，但在某一刻你看表盘时，惊讶地发现6枚指针都指向同一个方向。论文的作者认为，一颗尚待发现确认的行星，刚好能够解释这些柯伊伯带天体的奇特轨道。

　　布朗和巴蒂金的论文发表后，引来了极大的关注，但也引来了不同的意见。西班牙的卡洛斯兄弟和英国剑桥大学的斯威尔·阿塞思提出，如果第九颗行星的质量和轨道如布朗和巴蒂金所言，那么反推它对6颗柯伊伯带天体的引力影响，就会发现这6个天体的轨道都是不稳定的，在短于15亿年的时间里，它们全部都可能离开太阳系。因此在这个西班牙-英国团队看来，最有可能的情况是太阳系外围存在不只一颗行星，而是有多颗，这样才能让奇特的柯伊伯带天体轨道保持稳定。

　　需要至少三年才可能找到它？

　　布朗和巴蒂金分析的6颗柯伊伯带天体中有一颗特别引人注意，它的编号为2012VP113，是美国卡耐基研究所的斯考特·谢帕德和双子天文台的查得威客·特鲁吉罗共同发现的已知距离最远的太阳系内天体。

　　作为寻找第九颗行星强有力的竞争团队，谢帕德和特鲁吉罗团队利用位于智利和美国夏威夷的超大型望远镜，已经搜索了大约全天10%的区域，但仍未找到第九颗行星的蛛丝马迹，因为目前的数据只能给出这颗可能存在行星的大致轨道，如果正好位于近日点，那么它的亮度有可能被地面望远镜探测到，如果运气不好，这颗可能存在的行星刚好位于远日点附近，那么只有世界上最大口径的几台望远镜才有机会捕捉到它的光亮。需要搜寻的天区面积实在是太大了，布朗和巴蒂金的乐观估计也需要至少三年时间才有可能找到它。

　　莫衷一是的争论

　　天文学家们大都认为，搜寻证认第九颗行星将会是漫长的等待。就在布朗和巴蒂金宣布第九颗行星可能存在后一个月，大西洋彼岸的法国传来喜讯。巴黎天文台的艾格尼丝·费恩加和雅库思·拉斯卡团队在《天文学和天体物理学快报》上发表论文，宣称他们利用最高精度计算太阳系行星运动的INPOP程序，比对了卡西尼探测器自2004年进入土星观测轨道后的数据，发现如果在数值模型中引入第九颗行星，能够解释数据与理论计算值的部分偏差，特别是通过这种数据比对，该小组可以限定出第九颗行星不可能存在的天区，甚至给出了第九颗行星存在的最可能方向。换句话说，虽然第九颗行星是否真的存在只能由直接的观测来证实，但法国天文学家的结论能够将行星可能存在的天区范围缩小一半，这对于搜寻观测来说真是事半功倍！

　　然而，美国喷气实验室负责卡西尼探测器项目的威廉姆·福克纳随即发表声明，认为从2004年到2016年的卡西尼探测器轨道数据全部都能用现有数学模型解释，不存在“无法解释”的理论数值与观测数据的偏离。如果真的存在第九颗行星，那么它的引力或许会影响土星的轨道，但不会对卡西尼探测器的轨道产生任何影响。

　　法国天文学家则认为，如果卡西尼探测器的轨道数据能持续到2020年，很可能会对第九颗行星的轨道测得给出非常有力的限定，但很可惜，卡西尼探测器因为燃料耗尽，将于2017年晚些时候坠入土星光荣退役！

　　三种可能的形成机制

　　即使我们更倾向于相信第九颗行星存在，那么问题又来了：第九颗行星到底是怎样形成的呢？美国哈佛史密松天体物理中心的李和弗莱德·亚当斯考虑了三种可能的形成机制，其中概率最高的图景是这颗行星在太阳系内形成，由于太阳系早期处于星团内部，很容易受到星团内其他恒星引力的影响，于是这颗行星逐渐被拉到太阳系边缘，但这种图景发生的几率最高只有10％。其他两种图景分别为：第九颗行星本是一颗系外行星，当太阳与行星的母恒星距离接近时，它被太阳俘获到太阳系内；第九颗行星本是一颗自由的行星，浪迹在星际空间，被太阳俘获。这两种图景发生的概率更低，都小于2%。

　　美国犹他州大学的本杰明·布鲁姆利和哈佛史密松的斯考特·肯扬的计算结果表示，李和亚当斯的第一种图景还是有可能实现的。他们认为第九颗行星很可能是在距离太阳较近的区域形成，但由于受到木星和土星的引力作用，慢慢被甩到太阳系边缘，而且如果未来能够观测证实行星存在，通过分析行星的成分可以反推其形成历史，但这一切都有赖于观测。

　　认为第九颗行星很可能是太阳系捕获的.系外行星的天文学家也大有人在。瑞典隆德大学的亚历山德拉·穆斯迪尔就语出惊人，提出第九颗行星是太阳在大约45亿年前从近邻恒星“偷来”的一颗系外行星，当然他的理论需要很多“有利因素”同时存在，例如行星轨道必须很扁，星团中恒星间的距离必须较近等等。在穆斯迪尔看来，如果能够证实第九颗行星存在而且是被太阳捕获的系外行星，那么它将是第一颗能够派遣探测器对其进行近距离观察的系外行星，因为其他系外行星的距离都是以光年度量的。

　　一百多年后再次算出行星？

　　正如美国卡耐基研究所的斯考特·谢帕德所述：我们今天所处的情形与19世纪何其相似！自1781年赫歇尔发现天王星后，天文学家就注意到这颗行星的轨道观测值与理论计算值之间有偏差，于是有人预言在天王星轨道外还有一颗行星，正是这颗行星的引力导致天王星轨道的偏差。英国的亚当斯和法国的勒威耶分别独立计算出这颗新行星的位置，最终由德国的天文学家伽勒通过望远镜观测证实了海王星的存在。因此海王星也被称为“笔尖上发现的行星”。如果在可预期的未来，大型望远镜能够观测确认第九颗行星的存在，那么它将是继海王星之后，又一颗先通过计算（只是这一次是在计算机数值模拟的帮助下）预言，再由观测证实存在的太阳系行星。

　　如果真能确认发现太阳系的第九颗行星，不仅能够解释柯伊伯带天体怪异的轨道，还能解释令天文学家一筹莫展的“柯伊伯带悬崖”等一系列难题。太阳系到底有多少颗行星永远是最热门的天文话题。十年前因为冥王星被踢出行星队伍，有多少人唏嘘不已，甚至耿耿于怀直至今日。历史总是惊人的重复，不知今时是否会如100多年前一样，由于其他天体轨道的异常，先通过计算再由望远镜观测发现，证实一颗新太阳系行星的存在？让我们“拭镜以待”吧。