太陽系還有新的第9行星嗎？

鄭永春

在我還是一個小學生的時候，學校還沒有開設科學課，我們使用的自然課本上說，太陽系有9大行星： “水金地火木土天海冥”。而現(xiàn)在的科學課本上說，太陽系有8大行星： “水金地火巖石星，木土天海氣態(tài)星”。冥王星已經(jīng)從行星之尊，跌落成為太陽系的新大陸——柯伊伯帶中最大的天體。那么，太陽系還有未發(fā)現(xiàn)的新的第9行星嗎？

冥王星與卡戎：雙矮行星系統(tǒng)？

2006年1月， “新視野號”剛發(fā)射時，冥王星還是與地球平起平坐的太陽系第9大行星，風光無限。而出發(fā)后僅7個月，冥王星就因國際天文學會的一紙決議，被逐出了行星隊伍，降級為矮行星，成為國際天文學會天體數(shù)據(jù)庫中第134340號小行星。

當然，冥王星也并非孤家寡人，它有5顆已知的天然衛(wèi)星，組成了自己的小家庭。其中，冥衛(wèi)一卡戎離冥王星最近，其余4顆衛(wèi)星都位于冥衛(wèi)一軌道外。在羅馬神話中，卡戎是冥王普魯托的役卒，專門負責向亡魂收錢，為他們劃船渡過冥河。卡戎實際上并非圍繞冥王星的質量中心旋轉，而是圍繞冥王星和卡戎共同的質量中心旋轉。因此嚴格來說，卡戎并不是冥王星的衛(wèi)星，冥王星與卡戎的關系不是行星與衛(wèi)星之間的從屬關系，而是哥倆好的雙矮行星系統(tǒng)。

矮行星是太陽系內一個新的天體類型.目前還只有冥王星、鬩（xi）神星、谷神星、鳥神星、妊神星5個天體被分類為矮行星。隨著柯伊伯帶新天體的發(fā)現(xiàn)，冥衛(wèi)一和其中的類冥天體很可能被接納成為新的矮行星。冥衛(wèi)二和冥衛(wèi)三的體積很小，未能形成球體，只能被認定是冥王星的衛(wèi)星，更準確地說是冥王星、卡戎組成的雙星系統(tǒng)的衛(wèi)星。

行星地位再起爭議

2005年，科學家在柯伊伯帶發(fā)現(xiàn)了另一顆矮行星——鬩神星（Eris）。根據(jù)早期觀測結果，估計鬩神星的直徑約為3 000千米，比冥王星還大25%。因此，有科學家呼吁鬩神星成為太陽系繼冥王星之后的第10大行星。隨后，柯伊伯帶又有多顆直徑在2000 -3 000千米之間的天體出現(xiàn)在人們的視野內。鬩神星和這些天體的發(fā)現(xiàn)促使國際天文學聯(lián)合會不得不重新考慮行星的定義。要么將其統(tǒng)統(tǒng)納入行星，要么認為冥王星和鬩神星都不是行星，專門為它們設立一個新的天體分類。

地球本身是一顆行星，所以人類不希望行星的數(shù)量太多。但什么樣的天體才能稱為行星，這一問題在天文學上一直備受爭議。根據(jù)國際天文學聯(lián)合會2006年8月通過的決議：行星必須是圍繞恒星運轉的天體;行星的質量必須足夠大，能夠克服固體應力成為球狀天體;行星必須有足夠的引力，能清除公轉軌道附近的其他天體，不能有比它更大的天體。冥王星的質量是其軌道上其他所有天體質量之和的70%，在其運行軌道中并未占據(jù)主導地位，也就是說它的質量不足以清空其運行軌道。冥王星因此被降級為矮行星。

據(jù)2011年10月27日出版的《自然》雜志上發(fā)表的新觀測結果顯示，冥王星直徑約為2370.6千米，誤差±20千米，比之前的推測值大80千米左右，超過了長期被認為比冥王星更大的鬩神星（2326千米）。這讓很多對冥王星被降級憤憤不平的天文愛好者和天文學家又有了新的理由，希望用這一證據(jù)作為冥王星重返行星隊伍的籌碼。然而，冥王星的直徑只有地球的18.5%，體積只有地球的0.6%。地球衛(wèi)星月球的直徑為3476千米，比冥王星大1 000多千米。

發(fā)現(xiàn)新的第9行星？

發(fā)現(xiàn)、確認新行星一直是天文界的熱門話題。這不僅是出于好奇心的驅使，對許多非天文專業(yè)人士而言，行星代表著太陽系的認知邊界，不少教科書中的太陽系示意圖都僅僅畫出太陽和各大行星，一旦有新的行星被確認，將擴充人類對太陽系的認知邊界，甚至引起世界觀的重塑。

2015年，美國雙子星天文臺和卡耐基學會的研究人員在太陽系內發(fā)現(xiàn)了一顆“塞德娜式”天體——2012VP113。據(jù)估算，這顆天體的直徑約為450千米，與太陽的最近距離約為80個天文單位。2位發(fā)現(xiàn)者推測，這顆天體的軌道可能受到一顆又黑又冷的超級地球的影響，其大小約為地球的10倍。

2016年1月20日，美國加州理工學院的邁克·布朗（Michael Brown）和康斯坦丁·巴特金（KonstantinBatygin）在《天文物理期刊》發(fā)表了他們的研究成果，宣布發(fā)現(xiàn)太陽系柯伊伯帶中6顆天體的運行軌道異常，這6顆天體雖然以不同速率運轉，但其運行軌道卻擁有相同的傾角，且朝向太陽的角度相近，而自然條件下碰巧出現(xiàn)這一情況的幾率只有1/14 000（即0.007%）。排除其他可能性后，這2位天文學家認為，造成這種現(xiàn)象的原因可能是一顆未知行星在背后默默發(fā)揮引力影響。

布朗有個外號叫“冥王星殺手”，正是他在2005年發(fā)現(xiàn)了鬩神星，讓天文界相信冥王星并沒有什么與眾不同，只是一顆普通的柯伊伯帶天體，最終導致冥王星被降級。

據(jù)推測，這顆潛在的“第9行星”質量約為冥王星的4 500倍，是地球的10倍，其引力將顯著影響柯伊伯帶幾顆矮行星的運行軌道。該天體的體積相當于天王星或海王星，可能為一顆巨型氣態(tài)行星。未知天體沿奇特的橢圓軌道繞日運行，與太陽之間的最近距離約為200個天文單位，最遠距離約為600- 1200個天文單位，繞日1周用時15 000年。而冥王星環(huán)繞太陽1周需要248年，海王星需要164.8年。

法國軌道動力學家亞歷桑德羅·摩比德利（Alessandro Morbidelli）表示，他完全相信存在這顆未知行星。美國宇航局首席科學家艾倫·斯托芬（EllenStofan）在接受BBC采訪時表示，雖然開普勒太空望遠鏡在太陽系外的恒星系統(tǒng)中找到了幾千顆類似超級地球的行星，但在太陽系內還沒有發(fā)現(xiàn)直徑介于地球和海王星之間的行星，或許是我們把它漏掉了。美國西南研究院的行星科學家海爾·勒維孫（Hal Levison）卻持否定看法，他認為： “在我的職業(yè)生涯看到過很多類似研究和說法，但事實證明它們都是錯誤的。”

2016年3月24日，布朗發(fā)布推特，稱已經(jīng)找到進一步證據(jù)。他們利用夏威夷的加法夏望遠鏡觀測到一顆被稱作u03L91的柯伊伯帶天體，可能就是這顆神秘的第9行星。

由于這顆未知天體距離太陽十分遙遠，天體表面反射的太陽光極其微弱，又遠、又冷、又暗，看起來就像黑屋子中的一顆煤球，極難被發(fā)現(xiàn)。無論是光學望遠鏡、紅外望遠鏡還是射電望遠鏡都很難發(fā)揮良好的觀測效果。鑒于未知天體的引力會影響柯伊伯帶天體的運行軌道，使之傾斜，因此未來若觀測到該區(qū)域有更多天體的運行軌道發(fā)生異常，那么存在第9行星的結論將更有說服力。

然而，要把這顆天體扶上行星寶座，至少還要過3關。首先是要獲得直接的觀測結果，至少要有2個望遠鏡的獨立觀測結果相互印證。對此，科學家們寄希望于2021年世界最大光學望遠鏡——大麥哲倫望遠鏡，期待建成后用它詳細觀測。其次，還要獲得這顆天體的一系列明確、可信的參數(shù)，包括直徑、質量、運行軌道等。最后，新行星的確認必然涉及到行星定義的重新修正、各國科學家的百家爭鳴和投票表決。這一過程將十分漫長，但不管怎樣，太陽系存在新的第9行星目前還只是推測。

2019年新年第1天，已經(jīng)在深空飛行了13年的“新視野號”探測器，從距離地球65億千米處，近距離飛越486958號小行星。這顆啞鈴狀的小行星被昵稱為。天涯海角” （ UltimaThule），大小為32千米×16千米。這次成功飛越，給堅守“新視野號”任務幾十載的科學家團隊很多的驚喜。但是，很顯然，“新視野號”已經(jīng)竭盡全力，發(fā)現(xiàn)新行星的使命不能指望它了。