太阳系外围存在一颗巨大的行星

新浪科技讯 北京时间5月18日消息，在进行了多个世纪的观察后，人类对太阳系的了解已经相当详细了。我们生活的地球是一颗多岩石的内行星，而在4颗内行星（水星、金星、地球和火星）以外，有一条主小行星带，然后是两颗气态巨行星（木星和土星）和两颗冰巨星（天王星和海王星），再然后是由大量较小冰体组成的第二条小行星带，即柯伊伯带。然而，研究人员怀疑，遥远的外太阳系区域——巨行星及其大卫星的“家”——可能存在着一个隐秘的较大天体。

天文学家对海王星以外的这片黑暗区域进行扫描观测，设法捕捉到了一些微光。这些微光并非没有意义，研究人员据此预测了太阳系的混沌状态，即太阳系形成过程中遗留下来的杂乱残骸，由此发现了意想不到的规律。一些遥远天体的轨道聚在一起，而它们最接近的点停在某条线以外，其中原因尚不可知。许多科学家认为，在少数这样的模式中，某些目前还看不见的实体在发挥着作用，那里肯定存在着更多的质量。

一个主流理论认为，在太阳系外围存在一颗巨大的行星，称为“第九行星”，其质量可能是地球的十倍。正是它的存在，使邻近较小的天体轨道极不规则。多年来，人们一直在努力寻找这个隐秘的天体。随着研究的深入，各种不同的想法也层出不穷。例如，一个由更小天体组成的巨大圆盘可能也会产生同样的效果。其他研究人员则另辟蹊径，认为这个神秘天体可能是一个垒球大小的黑洞。假如其中任意一个理论是正确的，并且确实没有更大的天体，那目前的望远镜搜索就会继续徒劳无功。在这种情况下，天文学家必须更有耐心，可能也要更有创造力。

第九行星理论面临的一个挑战是，尽管它解释了天文学家观测到的奇怪天体轨道，但从理论上，天文学家并不确定如此巨大的行星如何能存在于太阳系外围边界。和阳光一样，太阳的引力也会随着距离的增加而减弱。因此，在边界处形成的巨大行星应该会被路过的恒星夺走。或者，如果该行星一开始靠近太阳，然后向外漂移，那么是什么阻止了它离开太阳系？如果它是一颗行星，那么就行星而言，它所处的位置非常怪异。

通过模拟实验表明，在不考虑第九行星的情况下，获得许多小天体的奇特集群轨道。在太阳系形成的过程中，木星和土星很可能将大量的行星碎片推入长长的椭圆形轨道，在冥王星之外形成一个尚未发现的垫圈状圆盘。研究人员认为，这些地方任何微小天体的质量应该大致等于数学和建模上的误差，但它们可能会叠加起来。

当运行太阳系的数字模型时，在遥远的过去某一时刻，这个圆盘可能短暂变成了一个圆锥体，然后又松散下来，形成一个“膨胀”的圆盘。近期两篇尚未得到同行评议的论文显示，当这些系统中的尘埃稳定下来时，它们也会表现出脱离常规轨道的现象，与提出第九行星假说的根据相同。

尽管如此，这个理论还需要“信念的飞跃”。这个圆盘如果要完全取代第九行星，它就需要20个地球质量的物质，这是太阳系预计存在的剩余碎片的绝对最大值。

另一个团队提出了一个较小的圆盘理论，以不同的机制运行，这个圆盘可以与第九行星一起塑造外太阳系，从而缩小了二者的理论尺寸。

不管是一颗位置完美的行星，还是一个特别大的圆盘，抑或是两者的某种结合，天体物理学家们都倾向于这样的结论：外太阳系确实发生了一些不太可能的现象。对于究竟有多么不可能，有些研究者比其他人走得更远。

在2019年的一篇论文中，合著者推测，这个神秘的质量可能是宇宙形成时遗留下来的一个小黑洞。天文学家至今还没有探测到这样的“原始”黑洞，但一项研究已经发现了间接证据，表明“流浪”行星或质量类似第九行星的黑洞可能就在银河系中漫游。如果太阳可以捕获流浪行星的话，为什么不能捕获黑洞呢？“这是一个疯狂的想法，但并不是一个不合理的想法。”

对天文学家来说，在这些并非不合理的想法中做出选择是一项艰巨的任务。加州理工学院的行星科学家迈克·布朗（Mike Brown）是第九行星理论的有力支持者，他正在领导一项针对这一隐秘天体的研究，希望能在不久的未来这场争论。就在不久前，迈克·布朗在梳理天文数据时发现了一个看起来很有希望的点，他在社交媒体上对此进行了描述。尽管后来证明这只是他注入的一个模拟对象，用于确保搜索过程是有效的。

尽管布朗只是空欢喜一场，但下一代薇拉·鲁宾天文台有望在今年拍摄到第九行星所在区域的第一批图像，未来五年内或许就能得到决定性的结论。该望远镜能观测到更模糊的天体，天文学家希望它能精确定位第九行星，或者帮助绘制圆盘内边缘的物体。或者，如果可以发现足够多的新天体，使目前所观察到的模式重新回到无序状态，那就再也没有什么神秘的现象需要解释了。

如果目前所有的望远镜观测都最终失败，薇拉·鲁宾天文台也持续多年都观测到这些异常现象，那么原始黑洞理论可能就显得更加合理。理论物理学家、弦理论先驱爱德华•威滕（Edward Witten）近期发表了一篇预印本论文，描述了寻找这一隐秘天体的极端方法：派出一个搜索队。

“突破摄星”（Breakthrough Starshot）是一个雄心勃勃的项目，目标是有一天将纳米探测器发送到最近的恒星。受此启发，威滕进行了数学运算，提出可以向多个方向发射一系列简单的探测器，当其中某个探测器飞过黑洞时，可能就会发出振动信号。装备有光帆的探测器将以1%光速（由地球上强大的激光束推动）飞行，可以将理论上到达黑洞的旅程缩短到10年左右。如果足够灵敏，这些探测器可以完成外太阳系质量的确切地图，了解这些质量是行星、圆盘还是黑洞，或者以上都有。

近期发表的一篇回应文章指出，一旦探测器离开太阳风的背风面，带电粒子的碰撞可能会掩盖任何黑洞的引力。然而，即便是一贯充满想象力的人也承认，该计划首先必须克服一些更为紧迫的障碍。开发并建设基础发射设施预计至少需要5亿美元，而必要的激光和材料技术目前还不存在。“这是一个超级有趣的想法，”安文说，“然而，它带着溢价标签。”