第九大行星——外太阳系有什么大东西吗？

太阳系外缘的行星发生了一些奇怪的事情……

几个世纪以来，天文学家一直在利用已知行星运动中的细微异常来发现其他行星。其中最著名的可能是外层气态巨行星海王星的发现。1846 年，巴黎的乌尔班·勒威耶计算出了它在天空中的位置，英国剑桥的约翰·库奇·亚当斯也独立计算出了它的轨道，之后发现了它。这些计算基于天王星轨道的细微变化，而天王星本身直到 1781 年才被确认为行星。虽然威廉·赫歇尔通过反复观察发现了天王星在银河系恒星背景下的运动，但人们根据天王星轨道不太正确这一事实，找到了海王星。乌尔班·勒威耶和其他人认为，天王星之外还有某种东西导致了这些轨道变化。事实证明，他们是对的。

根据勒威耶的计算，柏林天文台的望远镜发现海王星与预测位置相差不到一度。任何用小型望远镜观察过海王星的人都会意识到，它并不难发现。天王星和海王星早在伽利略时代就被天文学家观测过，但它们并没有被确认为行星。它们相对于背景恒星的运动不足以引起人们的注意。

摘自伽利略 1612 年 12 月 27 日和 28 日晚上的笔记本，其中他记录了木星及其卫星以及几颗背景恒星，其中一颗是海王星。

1930 年，人们发现了第一颗现在被称为海王星外天体 (TNO) 的天体——冥王星，当时的发现更像是一次搜索，而不是预测某个天体位于某个位置。直到 1992 年，人们才发现了下一颗 TNO，而现在，人们已经发现了3,000 多个大小各异的天体，它们围绕太阳系外围的太阳运行。天文学家估计，还有更多的 TNO 或“矮行星”有待发现。虽然冥王星永远是许多人心目中的“大众星球”，但由于冥王星上有大量相同类型的岩石天体，延伸到数百倍于地球到太阳距离的太空中，因此很难继续将冥王星与距离太阳较近的行星归为一类。毕竟，如果冥王星是一颗行星，那么为什么 <插入您最喜欢的 TNO 的名称> 不是呢？

请注意，即使使用小型望远镜，也能看到海王星以外的所有行星，而使用更大的业余望远镜则只能看到冥王星（它看起来只是一颗非常暗淡的恒星，并不那么有趣），但您无法目视发现这些外海王星天体。

我们需要对太阳系的规模进行一些深入研究。您可能读到的一个术语是天文单位或“AU”。它是地球到太阳的平均距离，略低于 1.5 亿公里。我们可以说地球的轨道为 1 AU，火星约为 1.5 AU，木星约为 5 AU。土星为 9.5 AU，天王星为 20 AU，海王星为 30 AU。这听起来可能是一个令人难以置信的距离——是地球到太阳距离的三十倍——但我们才刚刚开始。第一个 TNO，冥王星，在 30 到 49 AU 之间绕太阳运行。鸟神星绕太阳旋转 306 年，大约在 38 到 52 AU 之间，而阋神星在 38 到 90 AU 之间。但同样——我们才刚刚开始。

天文学家目前正在研究一组这类外海王星天体的轨道数据，这些天体的轨道很长，呈环形，被称为 ETNO（极端外海王星天体）。它们有很长的环形轨道，其中一些距离地球 150 个天文单位以内，一些距离地球几百个天文单位。相比之下，地球绕太阳的轨道几乎是圆形的。

显示一些主要 ENTO（极端外天王星天体）的图表

为什么这些 ETNO 值得关注？

除了发现和记录这些遥远小岩石天体之外，它们还有什么真正有趣的地方吗？毕竟，在我们有生之年，甚至可能在几代人之内，宇宙飞船都不会造访这些天体！

首先，它们都太遥远了，以至于它们的轨道不可能受到已知的太阳系天体的任何实际影响。然而，多项观测表明，这些遥远的天体略微聚集在一起，朝着一个更大的遥远天体聚集——就像海王星被发现的方式一样，它影响了天王星的运动，这始于 2004 年塞德娜的发现。

更令人着迷的是，影响这些外星天体轨道的太阳系外天体，据计算质量非常大。

迈克·布朗教授（没错，就是那个带头将冥王星从行星名单中剔除的迈克·布朗）和康斯坦丁·巴蒂金提出了第九行星的概念，第九行星是一个质量介于地球和天王星之间的巨大天体。据估计，第九行星距离太阳约 500 到 600 个天文单位。

有多大？

目前估计，导致海王星以外太阳系天体出现观测到的奇异现象所需的质量是一颗大行星，可能至少是地球质量的 7 倍。这不是 TNO 社区中的另一颗行星，迄今为止发现的最大行星是冥王星，其质量仅为地球的 0.2%。第九行星非常不同。

它是如何形成的？

位于太阳系外缘的如此遥远的大型天体最终出现在那里的方式有很多。首先，它可能形成于那里。但这种可能性不大，因为太阳系边缘的物​​质根本不足以在重力作用下聚集在一起，或“吸积”形成如此大小的行星。我们今天看到的太阳系相对稳定，但可能受到路过恒星的影响，该恒星在重力作用下将行星从其形成的轨道上扯下，并将其抛向太阳系的边缘。然而，到目前为止，我们还没有发现其他主要行星轨道有任何其他扭曲，以证实这种情况确实发生过。

另一种可能性是，第九行星是一颗星际天体，在独自穿越星际空间时被太阳系捕获。我们之前曾提到过流浪行星，据信它们的数量非常庞大。这些行星不像地球、火星或土星那样绕主恒星运行，而是独自绕银河系运行。

第九行星可能的样子。Robin Dienel/华盛顿卡内基研究所

它在哪里？

2024 年初，布朗、巴特金和马修霍尔曼等天文学家公布了使用夏威夷全景巡天望远镜和快速反应系统 (Pan-STARRS) 天文台进行的长期调查的结果。

该团队扫描了可能发现第九行星的 78% 的天空区域，但一无所获。为了测试他们的技术，他们还植入了 50,000 个“假”第九行星数据点，他们的流程发现了其中的 99.99%。剩余约 22% 的区域距离更远，需要更强大的观测工具。布朗、巴特金和霍尔曼目前正在使用来自夏威夷大型望远镜的数据。包括公民科学项目在内的其他搜索也未能发现第九行星。

还有什么呢？

天文学家雅库布·舒尔茨和詹姆斯·昂温对第九行星有另一种看法。

他们和其他人一起推测，在宇宙历史的早期，形成了大量微型黑洞，称为原始黑洞或 PBH，而第九行星可能就是一个小黑洞。如果说它的质量是引起观测到的异常现象的根本原因——即大约是地球质量的 7 倍——那么一个小型 PBH 的大小只需要与板球相当。（问题不在于扰乱轨道的物体的大小，而在于质量。）

由于附近没有物质落入或吸积黑洞，并像黑洞一样释放能量，我们很难将其区分开来。微透镜事件（来自巨大物体后面的光线被弯曲）可能是确定这种情况的一种方法。

天文学家安-玛丽·麦迪根 (Ann-Marie Madigan) 和迈克尔·麦考特 (Michael McCourt) 认为第九行星可能是一个看不见的物质环，类似于在其他系统中看到的物质环，也有理论认为第九行星是暗物质的集合。

我们什么时候才能知道

如果目前对第九行星可能位于的太阳系剩余 22% 区域的数据调查无果，那么最终的确认可能会使用即将建成的新一代“巨型”望远镜之一进行，例如维拉·C·鲁宾天文台，该天文台将于 2025 年开始科学运行，正如我们在之前的博客文章中讨论的那样。

“该望远镜投入运行后一年内，我认为我们就会找到它，”迈克·布朗教授说。

“我们花了几个世纪研究我们拥有的巨行星。想象一下我们突然得到了一个新的。我们为研究巨行星所做的所有事情，我们第一次可以重新做一遍。”

总结一下……

虽然并非每个天文学家都接受这一观点，但太阳系外部的大型天体影响外星天体的轨道这一概念得到了广泛支持，人们将继续搜寻它到底是什么。这是天文学中仍未解开的众多谜团之一。当它最终被找到时，您不必担心在哪里可以找到更多信息——它将成为世界各地的头条新闻！

干杯，

厄尔·怀特

宾特尔

2024 年 7 月 2 日

附言：像往常一样，这是对一个复杂且不断发展的主题的介绍。如果您需要更多信息或评论，请给我发消息至 BINTEL。