科學家在太陽系邊緣搜索第九行星

　　天文學家Scott Sheppard 正在系統(tǒng)地尋找遙遠的行星，其中之一可能是隱身的行星X，即太陽系第九顆行星。圖片來源：Chris Maddaloni

　　天文學家Scott Sheppard打算在美國夏威夷莫納克亞山用昴星望遠鏡觀測一整夜的星空，工作開始前他核對了一遍清單：山頂?shù)目諝夥浅Ｇ逍拢h鏡運行良好，3太字節(jié)的硬盤已經(jīng)清空準備接收未來數(shù)小時的新數(shù)據(jù)洪流。

　　在觀測室的一面墻上，三個鐘表分別記錄著夏威夷、東京以及協(xié)調世界時。顯示屏上顯示著山頂?shù)奶鞖鈩討B(tài)狀況：風向、溫度以及濕度。現(xiàn)在，一切狀況都很好，尤其是天空的恒星也相對穩(wěn)定。“沒有比這更好的了。”該團隊成員、希洛雙子星天文臺天文學家Chad Trujillo說。來自卡內(nèi)基科學研究所的Sheppard是該團隊中唯一一名來自美國大陸的科學家。看到天體狀況一切良好，他拿出了日志，開始為接下來10小時要做的事列出提要。

　　現(xiàn)在，一切狀況都很好，尤其是天空的恒星也相對穩(wěn)定。在黃昏和黎明之間，他需要指引昴星望遠鏡直徑8.2米長的巨大鏡面（全世界最大的望遠鏡之一），一個接一個地深度觀測每片天域。數(shù)小時后，他會再次觀看同一天域，然后第三次觀看該天域。通過對比那些晃動的圖像，研究人員可以狩獵那些數(shù)小時內(nèi)移動非常緩慢的天體。那些都是比冥王星更遠的遙遠世界，位于太陽系最邊緣的地帶。這個區(qū)域正是長期以來天文學家搜尋行星X的范圍。

　　隱蹤匿跡

　　“它在那里。看到它了！”Sheppard說。灰色屏幕上的是一個淺色的點，在各種恒星的背景中躍然而出。這正是他此前看到的那個目標，該目標隨后進入了他的日志：這個圖像在計算機芯片上的編號是104，域編號為776，他們曾發(fā)現(xiàn)一個90天文單位（AU，地球與太陽間的平均距離，約為9300萬英里）之外的天體。但是目前尚不清楚這個天體有多大，或者它是否具有科學重要性，但它卻是太陽系已經(jīng)觀測到的最遠天體之一。

　　天文學家已在其他恒星周圍發(fā)現(xiàn)2000多顆系外行星。然而，太陽系最遙遠的邊界至今仍未探索過，間接觀測技術并不適用于觀測地球的這些遠鄰，這些遠離太陽的行星光線過于暗淡，只有世界上最強大望遠鏡才能瞥見其蹤影。Sheppard等人一直在尋找充斥著那片遙遠天域的冰冷世界。其中非常緊要的一個目標就是太陽系最后一個偉大發(fā)現(xiàn)——環(huán)繞太陽公轉的、比地球更大、比冥王星更遠的第九顆行星。

　　有關行星X的觀點已經(jīng)存在了一個多世紀，但是那些假設常常經(jīng)不住進一步檢驗。2014年，Trujillo和Sheppard通過觀察到的一些極遙遠的天體，讓行星X的假設再度活躍。今年1月，帕薩迪納加州理工學院兩名天文學家經(jīng)過精確計算，推斷了其在太陽系中的可能位置，從而讓這一假說再次被關注。他們稱其為“第九行星”，這個名字還有在2006年冥王星從行星被降格為矮行星的深層含義。

　　現(xiàn)在，狩獵第九行星或潛伏在其他軌道上的隱形行星的工作已經(jīng)開始。這一探索很可能揭示太陽系在46億年前如何形成以及此后如何演化。“如果這個大質量天體確實在那里，它會從根本上改變我們對太陽系的認知。”Sheppard說。

　　未知區(qū)域

　　當Sheppard和Trujillo開始跟蹤遙遠的天體時，他們希望沿著其他偉大天文學家的腳印向前走。1846年，德國天文學家約翰·格弗里恩·伽勒首先發(fā)現(xiàn)距離太陽大概30個天文單位的太陽系第八顆行星海王星，并希望研究它如何對天王星形成引力干擾。1930年，美國天文學家克萊德·湯博發(fā)現(xiàn)了冥王星在距離太陽約40個天文單位的地方公轉。1992年，夏威夷大學天文學家大衛(wèi)·朱維特和加州大學伯克利分校天文學家劉麗杏發(fā)現(xiàn)了甚至更加遙遠的天體，從而開啟了對柯伊伯帶小行星區(qū)域的探索之旅。

　　從那時起，天文學家發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶蘊含著數(shù)以千計的天體：一些距離太陽30~50個天文單位、體積類似冥王星的冰冷小行星。此外還有古老天文圖上類似“龍出沒”的天體，科學家有時稱其為外層柯伊伯帶或奧爾特云最深處——即太陽系的下一個區(qū)域，據(jù)了解其廣度至少可以伸展10萬個天文單位。“太陽系還有一整塊空間我們并不完全了解。”中國臺灣“中央研究院”行星天文學家Meg Schwamb說，“這是太陽系最后一塊未被探索的區(qū)域。”

　　這正是Sheppard和Trujillo探索星空的原因。根據(jù)此前發(fā)現(xiàn)的2012 VP113和賽德娜星的軌跡，兩人表示在距離太陽約250個天文單位的地方可能潛伏著一個超大行星。今年1月，加州理工學院的Konstantin Batygin和Mike Brown通過對比這兩顆小行星和另外4顆遙遠的柯伊伯帶小行星的軌跡，計算了這顆行星可能潛伏在哪里。

　　這6顆小行星有一個共同特征：當經(jīng)過近日點時，它們相對太陽系星盤來說會從北向南運轉。如果它們之間相互沒有聯(lián)系，那么就不可能都向著同一方向運行。其次，這6顆行星從物理上講在宇宙中也形成一個團簇。“它們均指向同一方向，并朝著同一角度傾斜。”Batygin說，“這個現(xiàn)象很奇怪。”

　　他和Brown認為，一定有一顆看不見的第九行星讓它們形成這樣的團簇。其質量大約是地球質量的5~10倍，近日點為200個天文單位，而遠日點達到1200個天文單位。

　　尋找“老九”

　　很多天文學家都在通過計算推斷第九行星在這一特殊軌道上存在的幾率，以及如果它不在那里，又可能在哪里。

　　一些答案可能會來自一個正在進行的項目——外太陽系起源調查（OSSOS）。該項目研究人員正在一片較小的天域設法尋找并研究所有可觀測到的柯伊伯帶天體的詳細情況，比如跟蹤這些天體的軌道、對其顏色進行歸類等。如果OSSOS能夠在這個區(qū)域找到一顆被假設行星否定的遙遠天體，那么這項工作就有可能排除Batygin和Brown的第九行星假說。

　　其他天文學家也提出了尋找第九行星的其他方法，如分析圍繞海王星運轉的“卡西尼”號飛船的數(shù)據(jù)，了解該行星軌道是否受到引力的小幅干擾，或是利用南極天文望遠鏡觀測一顆行星的微弱輻射物。Sheppard和Trujillo在利用他們的方法觀察天空的同時，也在關注著Batygin和Brown曾描述過的行星X可能潛伏的空間。這對加州理工學院的科學家也在利用昴星望遠鏡追逐這顆潛伏的行星。“如果那里沒有行星，我會覺得詫異。”亞利桑那大學理論物理學家Renu Malhotra說。Malhotra的團隊通過4個柯伊伯帶的天體演算認為，這顆看不見的行星每隔1.7萬年會圍繞太陽公轉一次。

    但是如果那里有一顆大質量行星，要利用現(xiàn)有技術看到它還需要一些運氣。對于尋找該天體的團隊來說，它需要處于近日點一端，如果該行星非常小、光線過于黯淡或是距離過于遙遠，那么可能永遠不能從地球上看得到它。“這比在稻草堆里找一根針還要難。”Malhotra說，“它更像是在稻草堆里尋找一根針的斷尖。”

　　如果第九行星存在，它可能會讓這幅圖像變得更加復雜。它將意味著，賽德娜星和2012 VP113星的軌道并非是在早期形成的，而是受到第九行星引力拖拽的活躍影響，即便今天也是如此。那將需要理論學家重新改寫過去46億年里太陽系很多天體彼此互動的觀點。“那樣將很難預測我們的想象會向哪個方向發(fā)展。”Malhotra說。

　　現(xiàn)在，科學家試圖回答這些問題的最佳方式是尋找更加遙遠的行星。這正是Sheppard和Trujillo在智利與夏威夷孜孜不倦地致力于這項工作的原因，這些地方僅覆蓋了不足10%的他們希望觀測的天域。這意味著他們需要在望遠鏡前度過更長的夜晚。“現(xiàn)在，每一次新發(fā)現(xiàn)都是試圖理解那里正在發(fā)生什么的巨大機遇。”Sheppard說。（馮麗妃）