編者按：
　　太陽(yáng)系發(fā)現(xiàn)新行星是公眾很感興趣的話題，但這幾年都有類似成果聲稱太陽(yáng)系可能存在未知行星，本文將對(duì)此進(jìn)行客觀理性的全面分析。
　　由于柯伊柏帶天體運(yùn)行軌道與預(yù)期不符，有天文學(xué)家提出，太陽(yáng)系內(nèi)柯依伯帶以遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)可能存在未知的大行星。由于這些區(qū)域又冷又暗，未知行星反射的太陽(yáng)光極為微弱，要通過(guò)觀測(cè)確證未知行星非常困難。但未知行星一旦確證，將改變太陽(yáng)系的疆界，行星的定義可能又要重新修改，太陽(yáng)系形成模型也要修改。深空探測(cè)將在發(fā)現(xiàn)大行星的過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
公眾感興趣的話題
　　2016年1月20日，美國(guó)加州理工學(xué)院的邁克·布朗和康斯坦丁·巴特金在《天文物理期刊》發(fā)表他們的研究成果，宣布發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系柯伊伯帶中6顆天體的運(yùn)行軌道異常，這6顆天體雖然以不同速率運(yùn)轉(zhuǎn)，但其運(yùn)行軌道卻擁有相同的傾角，且朝向太陽(yáng)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1/14000（0.007%）。在排除其他可能性后，這兩位天文學(xué)家認(rèn)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地發(fā)揮引力影響。
　　據(jù)推測(cè)，這顆可能的“太陽(yáng)系第九大行星”的質(zhì)量約為冥王星的4500倍，地球質(zhì)量的10倍，因此其引力將顯著影響位于柯依伯帶幾顆“矮行星”的運(yùn)行軌道。
　　這顆未知行星沿“奇特的楕圓軌道”繞太陽(yáng)運(yùn)行，與太陽(yáng)之間的平均距離約為320億千米，遠(yuǎn)日點(diǎn)約為1600億千米，而冥王星和太陽(yáng)之間的平均距離約為59億千米，遠(yuǎn)日點(diǎn)約為74億千米。
　　這顆未知行星環(huán)繞太陽(yáng)一周需時(shí)1至2萬(wàn)年，而冥王星環(huán)繞太陽(yáng)一周需要248年，海王星需要164.8年。
　　這顆未知行星可能為一顆巨型氣態(tài)行星。
　　根據(jù)2006年國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)通過(guò)的決議，要成為太陽(yáng)系的行星，需滿足三個(gè)條件：一是繞太陽(yáng)運(yùn)行；二是質(zhì)量足夠大，才能以自身重力克服剛體力，呈現(xiàn)流體靜力平衡狀態(tài)的圓球體；三是能將鄰近軌道上的天體清除。
　　但是，這兩位天文學(xué)家也承認(rèn)，目前還無(wú)法通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到這顆未知行星，因?yàn)檫@顆未知行星距離太陽(yáng)十分遙遠(yuǎn)，行星表面反射的太陽(yáng)光極其微弱，所以看起來(lái)就像黑屋子中的一顆煤球，極難發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家們寄希望于2021年世界最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡——大麥哲倫望遠(yuǎn)鏡建成時(shí)，或許有可能觀測(cè)到這顆未知行星。
　　當(dāng)然，這顆未知行星還只是一個(gè)預(yù)測(cè)，并沒(méi)有任何觀測(cè)證據(jù)的證實(shí)，科學(xué)家圈子里也還存在很多不一樣的聲音。雖然法國(guó)軌道動(dòng)力學(xué)家亞歷桑德羅·摩比德利（Alessandro Morbidelli）表示“完全相信”存在這顆未知行星，美國(guó)宇航局首席科學(xué)家艾倫·斯托芬（Ellen Stofan）在接受BBC采訪時(shí)卻對(duì)這所謂的“第九大行星”表示懷疑，因?yàn)殚_(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡在太陽(yáng)系外的恒星系統(tǒng)中找到了幾千顆類似超級(jí)地球的行星，但沒(méi)有一顆系外行星的大小介于地球和海王星之間。美國(guó)西南研究院的行星科學(xué)家Hal Levison認(rèn)為：“在我的職業(yè)生涯看到過(guò)很多類似研究和說(shuō)法，但事實(shí)證明都是錯(cuò)誤的。”
　　由于未知行星的引力會(huì)影響柯依伯帶天體的運(yùn)行軌道發(fā)生傾斜，如果未來(lái)觀測(cè)到該區(qū)域更多天體的運(yùn)行軌道發(fā)生異常，存在這顆未知行星的結(jié)論會(huì)更有說(shuō)服力。


太陽(yáng)系內(nèi)可能的未知行星（Planet Nine）

柯伊伯帶的天體
　　柯伊伯帶（Kuiper belt）在海王星軌道之外，位于距離太陽(yáng)約40～50個(gè)天文單位的黃道面附近，是一個(gè)小天體密集的圓盤(pán)狀中空區(qū)域。柯伊伯帶中最著名的天體是直徑約2300千米、現(xiàn)已被降級(jí)為矮行星的冥王星。在觀測(cè)到的柯伊柏帶天體中，直徑數(shù)百公里以上的至少有十幾顆，且這一數(shù)字仍在繼續(xù)增加。


柯依伯帶區(qū)域中一些矮行星運(yùn)行軌道

　　柯伊伯帶的天體主要包括冰凍的小行星、彗星和矮行星。其中：
　　彗星主要由甲烷、氨和水等冰凍物質(zhì)組成，也有石塊和塵埃?？乱涟貛嵌讨芷阱缧堑睦霞?，著名的哈雷彗星就產(chǎn)于該帶；
　　柯依伯帶的小行星主要由巖石和金屬組成，其成分可能非常不同于火星和木星之間小行星帶中的小行星，有些小行星可能是彗星中的揮發(fā)物逃逸后形成的；
　　矮行星是直徑上千公里、成球體的行星，由于沒(méi)有足夠的小天體供其碰撞、吸積，成為一顆長(zhǎng)不大的侏儒行星。在5顆矮行星（冥王星、鬩神星、谷神星、鳥(niǎo)神星、妊神星）中，冥王星仍然是柯伊伯帶最大的天體。
　　除此之外，一些巨行星的衛(wèi)星，如海王星的衛(wèi)星海衛(wèi)一、土星的衛(wèi)星土衛(wèi)九，可能最早也起源于柯伊柏帶，后來(lái)受引力攝動(dòng)才進(jìn)入巨行星附近?？乱敛畮У奶祗w是太陽(yáng)系演化的遺跡，記錄著太陽(yáng)系形成之初的信息。
　　1992年，人類才艱難地首次觀測(cè)到除冥王星和冥衛(wèi)一（卡戎，Charon）外的第一個(gè)柯伊伯帶天體——距離太陽(yáng)46個(gè)天文單位、直徑250千米、軌道周期為289年的“1992 QB1”（小行星編號(hào)15760），開(kāi)啟了發(fā)現(xiàn)柯伊柏帶系列天體的序幕。
　　實(shí)際上，“1992 QB1”是當(dāng)年8月下旬觀測(cè)到的第27個(gè)柯伊柏帶天體。如今在柯伊柏帶觀測(cè)到的天體已經(jīng)超過(guò)1000個(gè)。那時(shí)我們還不知道是否存在柯伊伯帶。而現(xiàn)在，深空探測(cè)器新視野號(hào)已經(jīng)飛抵那里親臨探測(cè)。
　　柯伊伯帶并非太陽(yáng)系的邊界，從太陽(yáng)向外延伸兩光年之遠(yuǎn)的奧爾特云才是太陽(yáng)系的邊界，奧爾特云是長(zhǎng)周期彗星的主要聚集地。除了火星和木星之間的小行星帶、柯伊柏帶和奧爾特云外，靠近柯伊柏帶、且偏離黃道面的一個(gè)區(qū)域，也離散分布著一些小天體，這些天體被稱為“離散柯伊伯帶天體”（scattered Kuiper belt object，SKBO）或黃道離散天體（scattered disc objects），這一區(qū)域被稱為離散盤(pán)，其中最知名的是距離地球90個(gè)天文單位的鬩神星（編號(hào)136199 Eris），直徑約為2300–2400公里，比冥王星還要大。
未知行星將導(dǎo)致柯依伯帶天體的軌道異常
　　2012年，位于里約熱內(nèi)盧的巴西國(guó)家天文臺(tái)羅德尼·葛姆斯(Rodney Gomes)教授在美國(guó)天文學(xué)會(huì)議上報(bào)道了關(guān)于未知行星的研究結(jié)果。葛姆斯發(fā)現(xiàn)，柯伊柏帶約有6—7顆天體的軌道都顯得非常奇怪，其中包括非常有名的賽德娜(Sedna)，與現(xiàn)有的太陽(yáng)系模型預(yù)測(cè)的正常軌道情況不同。雖然導(dǎo)致這些天體運(yùn)行軌道異?？梢杂胁煌脑?，但最簡(jiǎn)單、最直接的解釋就是太陽(yáng)系中還存在一顆尚未被發(fā)現(xiàn)的未知行星。這顆行星的質(zhì)量足夠大，其引力足以影響柯伊伯帶天體的運(yùn)行軌道。
　　不管如何，如果真的存在這樣一顆未知行星，由于距離太陽(yáng)非常遙遠(yuǎn)，這顆天體可能非常暗弱。因此很難被望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，要想找到它將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。由于未知行星會(huì)對(duì)柯伊伯帶天體施加引力攝動(dòng)影響，因此科學(xué)家們可以感受到它的存在。
　　由于不同距離的天體之間都會(huì)存在相互作用，因此需要考察盡可能多的天體，才能使得軌道計(jì)算更為精確。葛姆斯對(duì)92顆柯伊伯帶天體的軌道進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)如果沒(méi)有一顆未知行星的擾動(dòng)，這六顆天體的軌道將運(yùn)行在一個(gè)近乎圓形的繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道；當(dāng)假設(shè)有一顆未知行星擾動(dòng)，這六顆天體才有可能運(yùn)行在如此高偏心率的軌道上，即計(jì)算的軌道與實(shí)際觀測(cè)到的軌道吻合。
　　根據(jù)假設(shè)，這顆未知行星有兩種可能，一種可能是：大小與海王星相當(dāng)，直徑大約為地球的4倍，距離太陽(yáng)約2250億千米（1500個(gè)天文單位）。另一種可能是：大小與火星相當(dāng)，直徑約為地球的一半，但運(yùn)行軌道是極高偏心率的橢圓軌道，周期性地運(yùn)行至距太陽(yáng)約80億千米（53個(gè)天文單位），這同樣也可以影響柯伊柏帶天體的運(yùn)行軌道。
　　葛姆斯猜測(cè)這顆未知的行星可能是被其原先所在的行星系踢出后，成為一顆流浪行星，又在隨后被太陽(yáng)的引力俘獲而留下的外來(lái)者?；蛘撸灿锌赡苓@顆想象中的行星形成于更加靠近太陽(yáng)的位置，只是后來(lái)在與其它太陽(yáng)系大行星的引力作用下被拋出到了現(xiàn)在的外緣位置。
　　由于未知行星的一切都是未知的，這顆行星在什么位置，它的運(yùn)行軌道是圓形還是橢圓形的？軌道偏心率是多少？質(zhì)量和體積是多大？這些都是假設(shè)的，所以這種軌道計(jì)算存在很大的不確定性。葛姆斯的計(jì)算結(jié)果并未能為天文學(xué)家搜尋這顆未知行星提供任何位置信息，他說(shuō)：“它可能在任何位置上?！?/p>


目前已經(jīng)被觀測(cè)證實(shí)的海王星軌道之外的大型天體

未知行星嚴(yán)重缺乏證據(jù)
　　盡管對(duì)太陽(yáng)系未知行星的說(shuō)法感到很有意思，但大多數(shù)天文學(xué)家都對(duì)此想法持有謹(jǐn)慎態(tài)度，他們認(rèn)為需要更多證據(jù)，才會(huì)接受太陽(yáng)系中再次出現(xiàn)第九顆大行星的想法。
　　羅尼·巴內(nèi)斯(Rory Barnes)是美國(guó)華盛頓大學(xué)的天文學(xué)家，他說(shuō)：“很顯然，在太陽(yáng)系中找到另一顆大行星是一件大事，但是我并不認(rèn)為他已經(jīng)給出了任何可以證明真的存在這樣一顆天體的證據(jù)?！毕喾?，他指出，葛姆斯是“給出了一種方法來(lái)確定這樣一顆行星究竟將如何對(duì)我們太陽(yáng)系外緣區(qū)域產(chǎn)生影響。因此目前缺乏證據(jù)。我想其中最重要的一點(diǎn)在于他為我們指出了一條道路去發(fā)現(xiàn)這樣的證據(jù)?！?
　　道格拉斯·漢密爾頓(Douglas Hamilton)來(lái)自美國(guó)馬里蘭大學(xué)，他也同意這樣的看法，那就是葛姆斯的計(jì)算結(jié)果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能算是確定性的。他說(shuō)：“他所做的概率性計(jì)算結(jié)果只能是說(shuō)明這一情形存在的可能性稍大一些。他并沒(méi)有給出確鑿的證據(jù)?！?
　　還有海爾·列維森(Hal Levison)，他是美國(guó)宇航局西南研究所的研究員，他說(shuō)他不知道該如何理解葛姆斯的發(fā)現(xiàn)。列維森說(shuō)：“我感到很驚訝，我不能理解一顆像海王星那樣大小的天體如何會(huì)造成像他(葛姆斯)所觀察到的那種影響?！辈贿^(guò)他也表示：“我認(rèn)識(shí)羅德尼，我確信他一定是經(jīng)過(guò)了精心計(jì)算的?！?
未知行星不是一顆，而是至少兩顆？
　　在冥王星以遠(yuǎn)的太陽(yáng)系空間，可能至少隱藏著兩顆未知行星，其引力影響了海王星外已知天體的軌道。這一結(jié)論是西班牙馬德里康普頓斯大學(xué)和英國(guó)劍橋大學(xué)的科學(xué)家，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算而得出的。如果得到證實(shí)，這個(gè)假說(shuō)可能會(huì)顛覆太陽(yáng)系的模型。
　　在過(guò)去數(shù)十年內(nèi)，天文學(xué)家一直對(duì)太陽(yáng)系中是否存在未被發(fā)現(xiàn)的未知行星爭(zhēng)議不斷。按照最近所作的計(jì)算，想要解釋已知的那些極端海王星外天體（ETNO）的軌道，太陽(yáng)系里就必須存在不止一顆、至少兩顆未知行星。
　　目前被廣泛接受的太陽(yáng)系理論認(rèn)為，海王星軌道以外穿行的這些天體，軌道分布應(yīng)該是隨機(jī)的。再加上某種觀測(cè)偏差，它們的軌道必須滿足一系列特征：軌道半長(zhǎng)軸接近150天文單位（1天文單位相當(dāng)于地球到太陽(yáng)的平均距離），軌道傾角幾乎為0°，近日點(diǎn)輻角也要接近0°或者180°。
　　但已發(fā)現(xiàn)的十多顆極端海外天體的實(shí)際情況卻很不相同：它們的軌道半長(zhǎng)軸相差極大（介于150天文單位和525天文單位之間），軌道傾角的平均值約為20°，近日點(diǎn)輻角則是–31°，沒(méi)有任何一個(gè)天體接近180°。
　　這項(xiàng)研究的合作者、馬德里康普頓斯大學(xué)的科學(xué)家卡洛斯·德拉富恩特·馬科斯（Carlos de la Fuente Marcos）解釋說(shuō)，“這些天體的軌道參數(shù)出人意料，讓我們相信有某種不可見(jiàn)的力量在改變這些ETNO天體的軌道參數(shù)。最有可能的解釋是在海王星和冥王星以外還有其他未知的行星。”
　　馬科斯認(rèn)為：“考慮到我們掌握的數(shù)據(jù)非常有限，未知行星的具體數(shù)目現(xiàn)在還未知，但我們的計(jì)算暗示，在太陽(yáng)系疆域內(nèi)至少還有兩顆未發(fā)現(xiàn)的行星，甚至更多?！?
　　為了從事這項(xiàng)研究，科學(xué)家分析了一種被稱為“古在機(jī)制”（Kozai mechanism）的效應(yīng)，即一個(gè)較大天體施加的引力擾動(dòng)，會(huì)對(duì)另一個(gè)小得多的遙遠(yuǎn)天體的軌道施加影響。作為參考，他們以96P彗星梅克賀茲一號(hào)（96P/Machholz1）為例，分析了木星的引力如何通過(guò)古在機(jī)制影響它的軌道。
　　盡管這些科學(xué)家得出的結(jié)論讓人吃驚，研究者也意味到，他們的數(shù)據(jù)要面對(duì)兩個(gè)問(wèn)題。一方面，他們的結(jié)論與當(dāng)前太陽(yáng)系形成模型的預(yù)言相悖。太陽(yáng)系形成模型宣稱，在海王星軌道以外沒(méi)有任何其他行星沿圓形軌道環(huán)繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。
　　然而，最近阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣（ALMA）射電望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在金牛座HL星周?chē)^(guò)100天文單位的地方發(fā)現(xiàn)了有行星正在其中形成的物質(zhì)盤(pán)。這顆恒星比太陽(yáng)更年輕，質(zhì)量也更大。這一發(fā)現(xiàn)暗示，行星可以在距離恒星系統(tǒng)的中心上百天文單位以外的地方形成。
　　另一方面，研究團(tuán)隊(duì)承認(rèn)，他們的分析所依據(jù)的樣本天體數(shù)量太少（確切地說(shuō)，只有13個(gè)），但他們指出，未來(lái)數(shù)月，會(huì)有更多結(jié)果陸續(xù)發(fā)表，樣本數(shù)量也會(huì)更多。德拉富恩特·馬科斯說(shuō)，“如果得到證據(jù)，我們的結(jié)果可能會(huì)是天文學(xué)中一場(chǎng)真正的革命。”
　　2015年，美國(guó)雙子星天文臺(tái)和卡內(nèi)基學(xué)會(huì)的研究人員在太陽(yáng)系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一顆“塞德娜式”的天體——2012 VP113。據(jù)估算，這顆天體的直徑約為450千米，與太陽(yáng)的最近距離約為80個(gè)天文單位。兩位發(fā)現(xiàn)者推測(cè)，這顆天體的軌道可能受到一顆又黑又冷的超級(jí)地球的影響，其大小約為地球的10倍。
　　不管怎樣，在天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)證實(shí)之前，太陽(yáng)系存在未知行星一切還只能是推測(cè)。


在冥王星以遠(yuǎn)的太陽(yáng)系空間，可能至少隱藏著兩顆未知行星，其引力影響了海王星外已知天體的軌道。冥王星以遠(yuǎn)的冰凍天體的藝術(shù)圖

太陽(yáng)系真的存在未知行星嗎？

圖文簡(jiǎn)介

太陽(yáng)系發(fā)現(xiàn)新行星是公眾很感興趣的話題，但這幾年都有類似成果聲稱太陽(yáng)系……