科学家在太阳系边缘搜索第九行星

天文学家斯科特·谢泼德正在系统地寻找遥远的行星。其中一颗可能是看不见的行星X，太阳系中的第九颗行星。来源:克里斯·马达罗尼

天文学家斯科特·谢泼德计划用昴宿星团望远镜观察美国夏威夷莫纳克亚的星空。在工作开始之前，他检查了清单:山顶的空气非常新鲜，望远镜工作正常，3tb的硬盘已经清空，可以在接下来的几个小时里接收新的数据洪流。

在观察室的一面墙上，三个时钟分别记录了夏威夷、东京和协调世界时。显示屏显示山顶的天气动态:风向、温度和湿度。目前，一切都很好，尤其是天空中的星星相对稳定。“没有比这更好的了。”团队成员、希洛双子座天文台的天文学家查德·特鲁希略说。卡内基科学研究所的谢泼德是美国大陆团队中唯一的科学家。看到天体状况良好，他拿出一根木头，开始总结接下来的10个小时他要做什么。

目前，一切都很好，尤其是天空中的星星相对稳定。在黄昏和黎明之间，他需要引导昴宿星望远镜的8.2米长的巨大镜子(世界上最大的望远镜之一)一个接一个地观察每个天球的深度。几个小时后，他将再次观察同一片天空，然后第三次观察天空。通过比较晃动的图像，研究人员可以在数小时内搜寻移动非常慢的物体。那些是比冥王星更远的遥远世界，位于太阳系最边缘的区域。这个区域正是天文学家们长期以来寻找行星X的地方。

躲藏起来

“在那里。看到了吧！”谢泼德说。在灰色的屏幕上有一个浅色的点，从各种星星的背景中跳出来。这正是他之前看到的目标，这个目标后来被输入到他的日志中:计算机芯片上的图像号码是104，域名号码是776。他们发现了一个超过90个天文单位的天体(天文单位，地球和太阳之间的平均距离，大约9300万英里)。然而，尚不清楚这个天体有多大，或者它是否具有科学重要性，但它是太阳系中观察到的最远的天体之一。

天文学家已经在其他恒星周围发现了2000多颗系外行星。然而，太阳系的最远边界尚未被探索。间接观测技术不适合观测地球上这些遥远的邻居。远离太阳的这些行星的光线太暗。只有世界上最强大的望远镜才能看到它们。谢泼德和其他人一直在寻找一个充满遥远天空的寒冷世界。最紧迫的目标之一是太阳系的最后一次伟大发现——绕太阳运行的第九颗行星，比地球大，比冥王星远。

行星x的想法已经存在了一个多世纪，但是那些假设往往经不起进一步的检验。2014年，特鲁希略和谢泼德通过观察一些非常遥远的天体，重新提出了行星X的假说。今年1月，帕萨迪纳加州理工学院的两位天文学家经过精确计算，推断出他们在太阳系中的可能位置，从而再次引起了人们对这一假说的关注。他们称它为“第九颗行星”，这个名字对冥王星在2006年从行星降级为矮行星也有深刻的影响。

现在，搜寻第九颗行星或其他轨道上隐藏的行星的工作已经开始。这次探索可能会揭示太阳系是如何在46亿年前形成的，以及其后是如何演化的。“如果这个巨大的物体真的存在，它将从根本上改变我们对太阳系的理解。”谢泼德说。

未知区域

当谢泼德和特鲁希略开始追踪遥远的天体时，他们希望能追随其他伟大天文学家的足迹。1846年，德国天文学家约翰·戈特弗里德·加勒首次发现了海王星，太阳系中第八颗行星，距太阳约30个天文单位，他希望研究它是如何与天王星形成引力干涉的。1930年，美国天文学家克莱德·汤博发现冥王星离太阳大约40个天文单位。1992年，夏威夷大学天文学家大卫·乔维特和加州大学伯克利分校天文学家刘丽杏发现了更远的天体，从而开始了他们对柯伊伯带小行星区的探索。

此后，天文学家发现柯伊伯带包含数千个天体:一些距离太阳30到50个天文单位的冰冷小行星，体积与冥王星相似。此外，在古代天文地图上还有“龙出没”的天体，科学家有时称之为最外层的柯伊伯带或奥尔特云的最深处——太阳系的下一个区域，其宽度被认为至少延伸了100，000个天文单位。"太阳系中仍有一个我们不完全了解的空间."中国*“*研究院”的行星天文学家梅格·施瓦布说，“这是太阳系最后一个未探索的区域。”

这就是谢泼德和特鲁希略探索星空的原因。根据先前发现的2012年VP113和Sedna恒星的轨迹，这两颗恒星表示，可能有一颗超大行星潜伏在离太阳约250个天文单位的地方。今年1月，加州理工学院的康斯坦丁·巴特金和迈克·布朗通过比较两颗小行星和另外四颗遥远的柯伊伯带小行星的轨迹，计算出这颗行星可能潜伏在哪里。

这六颗小行星有一个共同的特征:当穿过近日点时，它们将相对于太阳系的星盘从北向南移动。如果它们彼此没有关系，那么它们不可能都朝着同一个方向运行。其次，这六颗行星在物理上形成了宇宙中的一个星团。"它们都指向同一个方向，并向同一个角度倾斜."巴特金说，“这种现象非常奇怪。”

他和布朗认为，一定有一颗看不见的第九行星使他们形成了这样的星团。它的质量大约是地球质量的5~10倍。它的近日点是200个天文单位，远地点是1200个天文单位。

寻找“老九”

许多天文学家正在通过计算推断第九颗行星在这个特殊轨道上存在的概率，如果它不在那里，它可能在哪里。

一些答案可能来自一个正在进行的项目，外太阳系起源调查。该项目的研究人员正试图找到并研究小天空中所有可观察到的柯伊伯带物体的细节，例如追踪这些物体的轨道并对它们的颜色进行分类。如果奥索斯能在这个区域找到一个被假设的行星所否认的遥远天体，那么这项工作可能会排除巴特金和布朗的第九行星假说。

其他天文学家也提出了寻找第九颗行星的其他方法，比如分析围绕海王星运行的卡西尼号宇宙飞船的数据，看看这颗行星的轨道是否受到重力的轻微干扰，或者使用南极天文望远镜观察一颗行星的微弱辐射。谢泼德和特鲁希略在用他们的方法观察天空的同时，也在关注行星X可能潜伏的空间，正如巴蒂金和布朗曾经描述的那样。加州理工学院的科学家也在使用昴宿星望远镜追踪这颗潜伏的行星。"如果没有行星，我会感到惊讶。"亚利桑那大学的理论物理学家雷努·马尔霍特拉说。马尔霍特拉的团队通过对四个柯伊伯带的天体计算，认为这颗看不见的行星每17000年绕太阳一周。

但是如果那里有一颗巨大的行星，使用现有的技术来观察它将需要一些运气。对于寻找天体的团队来说，它需要在近日点。如果行星很小，光线太暗或者距离太远，那么它可能永远无法从地球上看到。“这比在一堆稻草中找到一根针还难。”马尔霍特拉说，“这更像是在一堆稻草中寻找针的尖端。”

如果第九颗行星存在，它可能会使这张图像更加复杂。这将意味着恒星Sedna和2012 VP113的轨道不是在早期形成的，而是受到了第九颗行星的重力牵引的积极影响，即使是今天。这将要求理论家们重写太阳系中许多天体在过去46亿年间相互作用的观点。"很难预测我们的想象力会朝哪个方向发展。"马尔霍特拉说。

现在，科学家回答这些问题的最好方法是找到更远的行星。这就是为什么谢泼德和特鲁希略不知疲倦地在智利和夏威夷工作，这两个地方覆盖了他们希望观察的不到10%的天空。这意味着他们需要在望远镜前度过一个更长的夜晚。"现在，每一个新发现都是一个巨大的机会去尝试理解那里正在发生的事情."谢泼德说。(李冯公主)

《中国科学新闻》(国际，第三版，2016年3月22日)

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