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行星九:太阳系边缘那颗始终没露面的巨行星

2016年1月,两位加州理工学院的天文学家在《天文学杂志》上发表了一篇论文。他们没有公布任何一张照片,只画了几条轨道曲线,却让“太阳系有几颗行星”重新变成了一道没有答案的题:也许,在海王星之外很远的地方,还藏着另一颗大行星。

它被暂时称作行星九(Planet Nine)。十年过去,人类拍到了黑洞的“照片”,给冥王星画出了高清地形图,却始终没能在星空里认出它。一颗可能有地球五到十倍重的天体,凭什么能躲这么久?

先说清楚:行星九到底是什么

一句话定义:行星九是一个“理论上预言、但尚未被观测证实”的太阳系天体;天文学家根据一小群遥远小天体的轨道异常,推测海王星之外可能还存在一颗大质量行星。

打个厨房里的比方:你在地上撒了一把米粒,然后打开抽油烟机,发现米粒全都朝同一个方向偏。你看不见风,但能推断出有风。行星九就是那阵被“吹”出来的风。

这里有一个必须说清楚的层级差异:它目前属于假说推测,不是观测证实。太阳系里确实存在一颗大行星,与“有证据指向可能存在一颗大行星”,是完全不同的两句话。

线索来自几颗“走歪了”的小天体

海王星轨道之外,散布着一群冰质小天体,统称海外天体(运行在海王星轨道之外的太阳系小天体,冥王星是其中最著名的一个)。其中有一小类,轨道被拉得极长,近日点也在很远的地方,天文学家叫它们极端海外天体。

2014年前后,研究者注意到一个奇怪的现象:这类天体中若干颗的轨道,竟然朝大致相同的方向“挤”在一起,轨道平面也朝同一侧倾斜。像操场跑道上几个素不相识的人,都在同一个拐角往内切。

2016年,加州理工学院的康斯坦丁·巴蒂金和迈克·布朗提出:如果远处存在一颗质量约为地球五到十倍的行星,它的引力就可以在漫长岁月里把这一小群天体“拢”成现在的样子。这是理论计算给出的预言,而不是望远镜里的发现。

它可能有多大、多远、多冷

按照这类模型给出的估算,行星九的质量约为地球的5到10倍——相当于把地球复制五到十份,再捏成一颗;它到太阳的平均距离估计在400到800个天文单位之间(1个天文单位是地球到太阳的距离)。海王星离太阳约30个天文单位,也就是说,它比海王星还远十几到二十几倍。

这么远的轨道,绕太阳一圈估计要1万到2万年。人类有文字记载的历史大约五千年,它上一次走到近日点的时候,我们大概还没开始写字。

距离带来的是黑暗和寒冷:表面温度估计在零下200摄氏度以下,亮度可能只有20等左右。肉眼能看到的最暗恒星大约是6等,每差5等亮度差100倍,也就是说,它比你能看见的最暗星光还要暗上几十万倍。

难找的原因:太暗,天区太大

行星九的麻烦在于“三慢一暗”。它反射的阳光极少;它在天球上移动得很慢,一年也挪不了多远;而它可能出现在天空的任何一片区域,巡天设备必须一遍遍把大半个天空扫过去,再比对图像里有没有东西“悄悄挪了位”。

更现实的困难是:越暗的天体,越只有少数大型望远镜能看见。这就像夜里在路灯下找钥匙——不是钥匙不存在,而是你能看清的地方有限。

争议:目前尚无定论

支持者认为,轨道聚集的图案太整齐,很难用巧合解释。批评者则指出另一种可能:观测选择效应。我们现有的巡天项目,本来就更容易在天空的某些区域、某些季节发现这类天体;把发现记录画在地图上,“聚集”也许是我们看的方式造成的,而不是天体真的聚在一起。

近些年,几项基于不同巡天数据的独立分析给出了相互矛盾的结论,有研究认为聚集的统计显著性并不牢固。所以,行星九是否存在,目前尚无定论。

此外还有一些更激进的替代解释,比如认为在极远距离上引力定律需要修正,或者那颗“行星”其实是一个宇宙早期形成的原初黑洞。这些都属于假说推测,证据远不如“一颗行星”这条思路充分,但也没有被完全排除。

接下来几年,可能见分晓

正在智利北部建设的薇拉·鲁宾天文台,计划用十年时间反复扫描南天天空,其灵敏度足以看到比行星九预言亮度更暗的天体。如果它真的存在,被发现的机会比过去十年大得多;如果扫完仍一无所获,那么这个假说就该被认真地质疑了。

假如有一天它真的出现在图像里,故事不会到此结束。按现有模型,一颗五到十倍地球质量的行星,很难在那么远的地方原地长成;它更可能是太阳系早期形成后,被木星、土星之类的巨行星用引力“踢”到外围去的。找到它,等于找到一张太阳系童年时期的旧照片。

米粒还在往同一个方向偏

回到2016年那几条轨道曲线。它们还挂在论文里,米粒还在朝同一个方向偏。那阵风,可能是一颗我们还没拍到的行星,也可能是我们的仪器和统计方法在跟我们开玩笑。

但至少,今晚仍有人把望远镜对准那片空旷、漆黑、几乎什么都没有的天区,一张一张地比对。如果太阳系真的还有一位我们找了十年都没找到的成员,那么“太阳系有几颗行星”这个问题,最终该由观测来回答,还是由定义来回答?

延伸阅读

  • 迈克·布朗《我是怎样杀死冥王星的》(How I Killed Pluto and Why It Had It Coming),行星九假说提出者之一讲述行星定义之争。
  • BBC 纪录片《行星》(The Planets,2019),梳理太阳系形成与外行星迁移的脉络。
  • 薇拉·鲁宾天文台官网 rubinobservatory.org,可查看巡天计划与实时进展;小行星中心 minorplanetcenter.net 提供最新天体发现公告。
文章标题:行星九:太阳系边缘那颗始终没露面的巨行星
文章链接:https://www.nasaeye.com/science/4210.html

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