太陽(yáng)系是只有8顆行星嗎？最新研究發(fā)現(xiàn)，可能存在第九行星

最初，在我們的認(rèn)知當(dāng)中，太陽(yáng)系內(nèi)共有九大行星圍繞著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)。2006年8月，第26屆國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)的一紙決議，將還不如月球大的冥王星開(kāi)除“行星籍”，劃為矮行星，從此太陽(yáng)系第九行星的位置便空了出來(lái)。

那么，太陽(yáng)系是只有8顆行星嗎?近年來(lái)不斷有天文學(xué)家提出，在海王星以外的太陽(yáng)系邊緣，或許還存在著一個(gè)我們尚未發(fā)現(xiàn)的行星。

在一項(xiàng)最新研究中，為了尋找太陽(yáng)系第九行星，研究人員研究了兩次相隔20多年的紅外巡天數(shù)據(jù)，給了任何假設(shè)存在的行星足夠多的時(shí)間來(lái)移動(dòng)到天空中的不同位置。研究人員在海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了500多顆候選行星。結(jié)果卻證明這些候選者并不是行星，這幾乎排除了太陽(yáng)系存在第九行星的可能性。

太陽(yáng)系“老九”，是否真的存在?

撲朔迷離的太陽(yáng)系“老九”

雖然太陽(yáng)系第九行星的身影撲朔迷離，但人們對(duì)尋找“老九”的熱情卻一直沒(méi)有消失。2012年，巴西天文學(xué)家羅德尼·戈梅斯提出，太陽(yáng)系中仍然可能存在第九行星。戈梅斯的理由是，他發(fā)現(xiàn)在海王星外層的柯伊伯帶中，有數(shù)個(gè)小型冰狀天體的運(yùn)行軌道出現(xiàn)攝動(dòng)，即某個(gè)天體因受其他天體吸引等原因而產(chǎn)生軌道上的偏差。戈梅斯通過(guò)計(jì)算進(jìn)一步指出，這些小型天體軌道的變化可能是由于海王星以外還存在著一個(gè)行星級(jí)別的天體，它或許就是太陽(yáng)系中的第九行星。

而就在冥王星被除名的10年后，來(lái)自美國(guó)加州理工學(xué)院的康斯坦丁·巴特金和他的導(dǎo)師邁克·布朗宣稱(chēng)，他們發(fā)現(xiàn)在柯伊伯帶中有6顆天體的運(yùn)行軌道異常。這6顆天體雖然以不同的速率運(yùn)轉(zhuǎn)，但其軌道的近日點(diǎn)指向基本一致，而在自然條件下碰巧出現(xiàn)這一情況的概率只有1/14000。這6顆行星距離海王星最近時(shí)也有數(shù)十個(gè)天文單位(1天文單位約等于1.5×108千米)的距離，因此海王星似乎不可能對(duì)它們施加影響。于是他們將這6顆天體運(yùn)行軌道異常的原因歸結(jié)為存在第九行星。他們利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模擬推測(cè)，第九行星的質(zhì)量大約為地球質(zhì)量的10倍，其到太陽(yáng)的距離是海王星到太陽(yáng)平均距離的20倍。

第九行星的假設(shè)一經(jīng)提出，似乎讓不少此前懸而未決的問(wèn)題都有了合適的答案。眾所周知，行星圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的黃道面指向與太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)軸指向并不完全重合，而是有約7度的傾斜角，此前人們一直未能對(duì)這一現(xiàn)象做出合理解釋。而巴特金與布朗的研究則指出，尚未被發(fā)現(xiàn)的第九行星，很可能正是造成太陽(yáng)獨(dú)特傾斜角的原因。

南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇表示：“第九行星的假設(shè)確實(shí)能夠?yàn)槲覀冇^察到的一些難以理解的天體運(yùn)行現(xiàn)象提供解釋。但這種解釋并不是唯一的。”

發(fā)現(xiàn)“老九”的直接和間接方法

理論模型是一回事，能否真的找到第九行星就是另一回事了。最直接的辦法當(dāng)然是通過(guò)望遠(yuǎn)鏡直接觀測(cè)，如果我們能看到第九行星的真實(shí)面貌，毫無(wú)疑問(wèn)是“鐵證如山”。但周禮勇認(rèn)為，直接觀測(cè)到第九行星的難度極大，“首先，如果它真的存在，那么它與我們的距離將會(huì)非常遙遠(yuǎn)，這也就意味著亮度很低，很難直接觀測(cè)到。”周禮勇說(shuō)，其次，即使是利用大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，也存在著另一瓶頸，“一般光學(xué)望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)上有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，即口徑越大、視場(chǎng)越小。這意味著如果用大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡去觀測(cè)，每次也只能看見(jiàn)很小的一片區(qū)域，搜尋難度較大。”

除了直接用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)第九行星，周禮勇提出，或許還可以像發(fā)現(xiàn)海王星那樣，通過(guò)觀測(cè)它對(duì)其他行星軌道的影響來(lái)尋找其存在的有力證據(jù)。“如果發(fā)現(xiàn)有其他行星的軌道發(fā)生偏離，并且現(xiàn)有的太陽(yáng)系模型無(wú)法解釋?zhuān)陀锌赡苁堑诰判行窃?lsquo;作怪’。”但他也補(bǔ)充道，即使真的存在第九行星，并且對(duì)其他行星軌道產(chǎn)生了影響，這個(gè)影響也是一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過(guò)程，可能需要非常高的觀測(cè)精度、積累很長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)數(shù)據(jù)才能發(fā)現(xiàn)。

對(duì)于巴特金與布朗的研究結(jié)果，周禮勇則認(rèn)為其尚不足以對(duì)第九行星的存在提供有力支撐。他提到，針對(duì)遠(yuǎn)距離太陽(yáng)系天體的觀測(cè)，最近發(fā)表的一組觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，所謂的天體軌道近日點(diǎn)指向聚集，更有可能是一種隨機(jī)現(xiàn)象。“這種少數(shù)天體軌道指向聚集很有可能是一種有限觀測(cè)數(shù)據(jù)所造成的假象。就是說(shuō)只要類(lèi)似天體數(shù)量足夠多，而觀測(cè)機(jī)會(huì)比較少，就有可能出現(xiàn)這樣一種假象。”周禮勇還進(jìn)一步指出，天文學(xué)中存在著觀測(cè)選擇效應(yīng)，“比如因?yàn)殂y河系的銀心特別亮，情況比較復(fù)雜，所以我們?cè)谧鲇^測(cè)的時(shí)候往往會(huì)主動(dòng)避開(kāi)這個(gè)方向。那么在這種有選擇的觀測(cè)情況下觀測(cè)到的一些結(jié)果，只能稱(chēng)之為現(xiàn)象，是不是完全的事實(shí)，還需要更全面的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)支撐。”

尋找過(guò)程比結(jié)果更重要

雖然目前人類(lèi)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)第九行星存在的確鑿證據(jù)，但也沒(méi)有絕對(duì)否定它的存在。周禮勇開(kāi)玩笑地表示：“現(xiàn)在對(duì)于是否真有第九行星這個(gè)問(wèn)題，在天文學(xué)界已經(jīng)成為一種‘信仰’般的存在了。”比如巴特金和布朗便堅(jiān)定相信第九行星的存在，并且一直在鍥而不舍地尋找證據(jù)。而像這對(duì)師徒一樣，相信第九行星存在的天文學(xué)家不在少數(shù)。在2021年12月23日發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》增刊的一篇論文中，研究人員對(duì)長(zhǎng)達(dá)6年的望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，試圖在南部天空中識(shí)別第九行星的可能蹤跡。最終挑選的3000多個(gè)可能候選光源，結(jié)果都無(wú)法被證實(shí)為行星。但搜尋無(wú)果并不能代表這顆行星不存在，研究人員表示，這項(xiàng)研究?jī)H覆蓋了該行星在天空中10%—20%可能存在的區(qū)域，還有大片可能區(qū)域等待著被觀測(cè)。

不同于那些第九行星的忠實(shí)“信徒”，也有天文學(xué)家堅(jiān)定認(rèn)為第九行星并不存在。曾專(zhuān)注于柯伊伯帶天體研究的天文學(xué)家大衛(wèi)·朱伊特便壓根兒不相信第九行星的存在，他認(rèn)為第九行星的相關(guān)理論距離可驗(yàn)證仍相去甚遠(yuǎn)。

周禮勇同樣也對(duì)第九行星的存在持懷疑態(tài)度，他更傾向于認(rèn)為部分天文學(xué)家苦苦追尋的“老九”實(shí)際并不存在。“如果按照理論計(jì)算，那么大的一顆行星，存在于那么遠(yuǎn)的軌道上，其軌道的偏心率、傾角又都那么大，我覺(jué)得這從最初的行星起源上就很難解釋。”周禮勇認(rèn)為，距離太陽(yáng)如此遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶，其本身存在的物質(zhì)稀少，要形成如此巨大的一顆行星，這種可能性微乎其微。“當(dāng)然也有人認(rèn)為，這顆行星有可能來(lái)自太陽(yáng)系外，是被太陽(yáng)的引力捕獲而來(lái)的。但太陽(yáng)系的引力系統(tǒng)是一個(gè)可逆的系統(tǒng)，被太陽(yáng)系吸引的天體從哪里來(lái)，就會(huì)回哪里去，想把它留下來(lái)，是一件非常困難的事情，需要很苛刻的條件。”周禮勇對(duì)第九行星來(lái)自太陽(yáng)系外的解釋也并不認(rèn)同。此外，還有其他觀點(diǎn)認(rèn)為，很早以前太陽(yáng)有一顆伴星，而第九行星或許就是這顆伴星遺留下來(lái)的行星。為了解釋第九行星存在的合理性，各類(lèi)觀點(diǎn)眾說(shuō)紛紜。周禮勇認(rèn)為，雖然種種解釋或許都存在理論上的可能，但其實(shí)際發(fā)生的概率都非常小，“這些解釋多多少少都有一點(diǎn)牽強(qiáng)，是為了解釋一個(gè)觀測(cè)方面的難題而引入了更多的難題。”

或許第九行星存在與否我們暫時(shí)無(wú)法確定，但就像天文學(xué)家佩德羅·貝爾納迪內(nèi)利所說(shuō)的那樣，關(guān)于第九行星的爭(zhēng)論從根本上讓人們更加關(guān)注外太陽(yáng)系。如果我們能夠找到第九行星，那將是驚人的發(fā)現(xiàn);如果不能，我們則需要認(rèn)真解釋那些異常現(xiàn)象。但無(wú)論如何，我們都已經(jīng)從兩種研究中學(xué)到了東西。