第九大行星

邁克爾·D.萊蒙尼克+譯+高鵬

有了開普勒空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)后，“發(fā)現(xiàn)新行星”的報道已經(jīng)不那么令人感到興奮了。畢竟在最近20年的時間里，利用開普勒空間望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約2000顆新行星。但是，當(dāng)加州理工學(xué)院宣布他們發(fā)現(xiàn)了一顆新行星時，還是引起了轟動，因?yàn)樾掳l(fā)現(xiàn)的這顆行星就在太陽系中，是太陽系的一部分。對于太陽系，之前你或許認(rèn)為我們已經(jīng)對它觀測得十分詳盡了。

很明顯，事實(shí)并非如此。加州理工學(xué)院的行星科學(xué)家康斯坦丁·巴特金和邁克·布朗表示，他們找到了強(qiáng)有力的間接證據(jù)，證明有一顆質(zhì)量大約10倍于地球的巨大行星正運(yùn)行在冥王星之外的太陽系外層空間。他們是通過觀測到的少量小天體軌道的反常現(xiàn)象推斷出這個結(jié)論的。加利福尼亞大學(xué)圣克魯茲分校的行星形成和行星動力學(xué)家格雷格·勞克林說：“我已經(jīng)有很長一段時間沒有為一件事如此激動過了。”

這一天體已經(jīng)被研究人員暫時命名為“第九大行星”。它與太陽的距離不小于305億千米，是冥王星與太陽的平均距離的5倍以上。研究者說，盡管它的個頭很龐大，但是它可能相當(dāng)昏暗，所以目前還沒有人觀測到它。

“如果它真的存在，那才讓人感到悲傷。”布朗說，“因?yàn)橹钡浇裉欤覀円矝]能實(shí)實(shí)在在地看到它。”但是，相關(guān)的證據(jù)又是如此強(qiáng)有力，以至于其他專家對此給予了高度關(guān)注。夏威夷雙子座天文臺的乍德·特魯希略說：“我認(rèn)為這已經(jīng)相當(dāng)有說服力了。”美國西南研究所的太陽系理論學(xué)家戴維·奈斯沃尼說：“這些伙計(jì)真是太棒了，他們干得漂亮。”

奇怪的軌道

巴特金和布朗并不是最早認(rèn)為太陽系中還有另外一顆行星的科學(xué)家。 2014年，卡內(nèi)基科學(xué)研究所的特魯希略和斯科特· 謝潑德就在《自然》雜志上聲稱，他們發(fā)現(xiàn)的一顆名為2012VP113的較小天體，以及之前觀測到的存在于外太陽系的少量天體的運(yùn)行軌跡，暗示那里可能存在一個行星大小的天體。證據(jù)存在于這些小天體的軌道中，尤其是一個名為近日點(diǎn)輻角的、不為人關(guān)注的參數(shù)上。該參數(shù)是用來描述一個天體到達(dá)其近日點(diǎn)的時間，與其穿越太陽系平面的時間之間的關(guān)系的。特魯希略和謝潑德發(fā)現(xiàn)，這些小天體的近日點(diǎn)輻角相似到令人驚異的地步，這意味著它們可能被同一個未被人們觀測到的行星的引力制約著。“我們注意到此事有些蹊蹺，”特魯希略說，“然后想，應(yīng)該有人對此進(jìn)行進(jìn)一步探索。”

一些團(tuán)隊(duì)已經(jīng)去做了。最新的發(fā)現(xiàn)使這一推斷得到了戲劇性的加強(qiáng)。巴特金說，近日點(diǎn)輻角的相似已經(jīng)被證明“只不過是冰山一角”而已。

他和布朗做的第一件事，就是用一種全新的眼光分析特魯希略和謝潑德的數(shù)據(jù)。巴特金說：“我們注意到，這些天體運(yùn)行軌道的長軸均落在相同的太空象限中。”換句話說，它們指向了相同的方向。不過，這個結(jié)果并不能向我們保證什么，因?yàn)榧词故莾蓚€軌道外形不盡相同的天體，也可能擁有相似的近日點(diǎn)輻角。但是，當(dāng)布朗和巴特金將這些外太陽系天體的軌道繪制出來后，他們注意到，這些天體的軌道緊密地排成了一線。“諸如此類的東西，應(yīng)該是很難被錯過的吧？”布朗說，“是的，你也許會這樣想。就是在這個案例中，我們將注意力完全埋在了數(shù)據(jù)中，從未退后一步，從更高的角度來觀察整個太陽系。我簡直不能相信，此前我們竟從未注意到這一點(diǎn)，這真是太荒謬了。”

邁克·布朗（左，行星天文學(xué)教授）和康斯坦·丁（右，行星科學(xué)系助理教授）

這些遙遠(yuǎn)天體運(yùn)行軌道的指向性是一個更為有力的證據(jù)，證明有某種力量正實(shí)實(shí)在在地約束著這些遙遠(yuǎn)的天體。布朗說：“最初，我們說著‘那兒不可能有一顆行星那樣的話，簡直是太瘋狂了。”因此，他們檢驗(yàn)了一種最有可能的替代方案：由冰凍天體組成的柯伊伯帶，其中所有的天體在形成過程中都是自然而然地聚集成群的，就像星系是由大爆炸釋放出的宇宙氣體云在萬有引力的作用下互相吸引自發(fā)成形一樣。

但是，他們很快意識到，該替代方案有一個致命的缺陷：柯伊伯帶的質(zhì)量不足以使這一切發(fā)生。然而，就在他們開始轉(zhuǎn)向存在一顆行星這一瘋狂的主張時，他們的模擬器正好模擬出了這些天體的軌道，但這些天體的軌道之間并沒有對齊，其軌道與太陽系行星的運(yùn)行軌道相比，呈現(xiàn)大幅度傾斜——與太陽系平面的夾角可達(dá)90°甚至更大。“這似乎的確令人費(fèi)解，”巴特金說，“但隨后邁克說，‘我想我以前在數(shù)據(jù)里見過與此相似的情況。”果不其然，觀測者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了6個與之類似的天體，但對于這些天體為何會如此運(yùn)行，沒人能夠給出很好的解釋。現(xiàn)在，巴特金和布朗的模擬實(shí)驗(yàn)正在提出一種解釋。勞克林說：“他們正在為這一假想行星整理出兩條全新的、獨(dú)立的證據(jù)鏈，令他們的假設(shè)更加有說服力。”

近日點(diǎn)幅角

超級地球

最貼合數(shù)據(jù)的行星，其質(zhì)量大約相當(dāng)于地球的10倍——憑借這一質(zhì)量，足可將它歸入超級地球的范疇。它最有可能的運(yùn)行軌道，是一個被高度拉扁的軌道，其近日點(diǎn)距離太陽在350億千米以內(nèi)（布朗認(rèn)為，這正是它造成所有破壞的位置），遠(yuǎn)日點(diǎn)是其近日點(diǎn)的3倍至6倍。

即便是如此遙遠(yuǎn)的距離，原則上講，這顆行星還是能被現(xiàn)有的望遠(yuǎn)鏡觀測到的，比如位于夏威夷的日本昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡。昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡不僅擁有用來捕捉十分微弱的光線的巨大鏡頭，還有廣闊的視野，使研究人員可以高效地掃描大范圍的天空。“很不幸，昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡不歸我們所有，”布朗說，“這就意味著，我們不太可能成為最早觀測到它的人了。因此，我們要做的是告訴其他所有人，該往哪兒觀測。”

6個海王星軌道以外的遙遠(yuǎn)天體神秘地排列在了同一個方向（粉色）。在三維空間中，它們又和太陽系平面保持了相同的夾角。研究者發(fā)現(xiàn)，只有在太陽系的相反方向上存在一個質(zhì)量10倍于地球的行星（黃色），才能維持這樣的軌道格局。

在真正看到它之前，天文學(xué)家也不能明確地說第九大行星是真實(shí)存在的。“對于宣稱太陽系里還有另外一顆行星的言論，我傾向于保持十分懷疑的態(tài)度，”美國西南研究所的哈爾·利維森說，“在我的職業(yè)生涯中，已經(jīng)聽過太多太多此類言論了，但全部都是錯誤的。當(dāng)然，軌道對齊是真實(shí)存在的，肯定有某些因素造成了這種現(xiàn)象。但這些因素究竟是什么，還需要更進(jìn)一步的探究。”

如果存在“第九大行星”，就會存在一組軌道非常特殊的天體。它們與“第九大行星”呈一定的夾角，并與太陽系平面幾乎垂直。這些天體確實(shí)存在，已知的有6個。（藍(lán)色）

但是，總而言之，我們可能行將有如此一個重大發(fā)現(xiàn)的前景，還是令行星科學(xué)家感到十分激動。“在我成長的過程中，”謝潑德說，“我們曾以為，太陽系內(nèi)的所有大行星都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了。知道我們過去的認(rèn)識是錯的，真是讓人既感到振奮，又感到驚喜。”

第九大行星的藝術(shù)想象圖

勞克林說：“ 1846年9月10日，英國天文學(xué)家約翰·赫歇爾在與英國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會的談話中提到的內(nèi)容，極大地調(diào)動了整個天文學(xué)界的情緒。他觀測到了天王星軌道不合常規(guī)的變化，表明某個未知大行星的引力正在牽引著天王星。在談到這個神秘天體時，赫歇爾說：‘我們要看到它，就像哥倫布從西班牙海岸眺望美洲大陸一樣。但利用觀測到的證據(jù)進(jìn)行深遠(yuǎn)的分析，我們已經(jīng)感受到了它的一舉一動。僅僅兩周之后，人們就在理論家計(jì)算出來的位置上，發(fā)現(xiàn)了海王星。”