科學(xué)家在太陽(yáng)系邊緣搜索第九行星

　　天文學(xué)家Scott Sheppard 正在系統(tǒng)地尋找遙遠(yuǎn)的行星，其中之一可能是隱身的行星X，即太陽(yáng)系第九顆行星。圖片來(lái)源：Chris Maddaloni

　　天文學(xué)家Scott Sheppard打算在美國(guó)夏威夷莫納克亞山用昴星望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)一整夜的星空，工作開(kāi)始前他核對(duì)了一遍清單：山頂?shù)目諝夥浅Ｇ逍?，望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行良好，3太字節(jié)的硬盤已經(jīng)清空準(zhǔn)備接收未來(lái)數(shù)小時(shí)的新數(shù)據(jù)洪流。

　　在觀測(cè)室的一面墻上，三個(gè)鐘表分別記錄著夏威夷、東京以及協(xié)調(diào)世界時(shí)。顯示屏上顯示著山頂?shù)奶鞖鈩?dòng)態(tài)狀況：風(fēng)向、溫度以及濕度?，F(xiàn)在，一切狀況都很好，尤其是天空的恒星也相對(duì)穩(wěn)定。“沒(méi)有比這更好的了。”該團(tuán)隊(duì)成員、希洛雙子星天文臺(tái)天文學(xué)家Chad Trujillo說(shuō)。來(lái)自卡內(nèi)基科學(xué)研究所的Sheppard是該團(tuán)隊(duì)中唯一一名來(lái)自美國(guó)大陸的科學(xué)家。看到天體狀況一切良好，他拿出了日志，開(kāi)始為接下來(lái)10小時(shí)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(duì)穩(wěn)定。在黃昏和黎明之間，他需要指引昴星望遠(yuǎn)鏡直徑8.2米長(zhǎng)的巨大鏡面（全世界最大的望遠(yuǎn)鏡之一），一個(gè)接一個(gè)地深度觀測(cè)每片天域。數(shù)小時(shí)后，他會(huì)再次觀看同一天域，然后第三次觀看該天域。通過(guò)對(duì)比那些晃動(dòng)的圖像，研究人員可以狩獵那些數(shù)小時(shí)內(nèi)移動(dòng)非常緩慢的天體。那些都是比冥王星更遠(yuǎn)的遙遠(yuǎn)世界，位于太陽(yáng)系最邊緣的地帶。這個(gè)區(qū)域正是長(zhǎng)期以來(lái)天文學(xué)家搜尋行星X的范圍。

　　隱蹤匿跡

　　“它在那里?？吹剿?！”Sheppard說(shuō)?；疑聊簧系氖且粋€(gè)淺色的點(diǎn)，在各種恒星的背景中躍然而出。這正是他此前看到的那個(gè)目標(biāo)，該目標(biāo)隨后進(jìn)入了他的日志：這個(gè)圖像在計(jì)算機(jī)芯片上的編號(hào)是104，域編號(hào)為776，他們?cè)l(fā)現(xiàn)一個(gè)90天文單位（AU，地球與太陽(yáng)間的平均距離，約為9300萬(wàn)英里）之外的天體。但是目前尚不清楚這個(gè)天體有多大，或者它是否具有科學(xué)重要性，但它卻是太陽(yáng)系已經(jīng)觀測(cè)到的最遠(yuǎn)天體之一。

　　天文學(xué)家已在其他恒星周圍發(fā)現(xiàn)2000多顆系外行星。然而，太陽(yáng)系最遙遠(yuǎn)的邊界至今仍未探索過(guò)，間接觀測(cè)技術(shù)并不適用于觀測(cè)地球的這些遠(yuǎn)鄰，這些遠(yuǎn)離太陽(yáng)的行星光線過(guò)于暗淡，只有世界上最強(qiáng)大望遠(yuǎn)鏡才能瞥見(jiàn)其蹤影。Sheppard等人一直在尋找充斥著那片遙遠(yuǎn)天域的冰冷世界。其中非常緊要的一個(gè)目標(biāo)就是太陽(yáng)系最后一個(gè)偉大發(fā)現(xiàn)——環(huán)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的、比地球更大、比冥王星更遠(yuǎn)的第九顆行星。

　　有關(guān)行星X的觀點(diǎn)已經(jīng)存在了一個(gè)多世紀(jì)，但是那些假設(shè)常常經(jīng)不住進(jìn)一步檢驗(yàn)。2014年，Trujillo和Sheppard通過(guò)觀察到的一些極遙遠(yuǎn)的天體，讓行星X的假設(shè)再度活躍。今年1月，帕薩迪納加州理工學(xué)院兩名天文學(xué)家經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，推斷了其在太陽(yáng)系中的可能位置，從而讓這一假說(shuō)再次被關(guān)注。他們稱其為“第九行星”，這個(gè)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(kāi)始。這一探索很可能揭示太陽(yáng)系在46億年前如何形成以及此后如何演化。“如果這個(gè)大質(zhì)量天體確實(shí)在那里，它會(huì)從根本上改變我們對(duì)太陽(yáng)系的認(rèn)知。”Sheppard說(shuō)。

　　未知區(qū)域

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

　　從那時(shí)起，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶蘊(yùn)含著數(shù)以千計(jì)的天體：一些距離太陽(yáng)30~50個(gè)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(méi)”的天體，科學(xué)家有時(shí)稱其為外層柯伊伯帶或奧爾特云最深處——即太陽(yáng)系的下一個(gè)區(qū)域，據(jù)了解其廣度至少可以伸展10萬(wàn)個(gè)天文單位。“太陽(yáng)系還有一整塊空間我們并不完全了解。”中國(guó)臺(tái)灣“中央研究院”行星天文學(xué)家Meg Schwamb說(shuō)，“這是太陽(yáng)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(yáng)約250個(gè)天文單位的地方可能潛伏著一個(gè)超大行星。今年1月，加州理工學(xué)院的Konstantin Batygin和Mike Brown通過(guò)對(duì)比這兩顆小行星和另外4顆遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶小行星的軌跡，計(jì)算了這顆行星可能潛伏在哪里。

　　這6顆小行星有一個(gè)共同特征：當(dāng)經(jīng)過(guò)近日點(diǎn)時(shí)，它們相對(duì)太陽(yáng)系星盤來(lái)說(shuō)會(huì)從北向南運(yùn)轉(zhuǎn)。如果它們之間相互沒(méi)有聯(lián)系，那么就不可能都向著同一方向運(yùn)行。其次，這6顆行星從物理上講在宇宙中也形成一個(gè)團(tuán)簇。“它們均指向同一方向，并朝著同一角度傾斜。”Batygin說(shuō)，“這個(gè)現(xiàn)象很奇怪。”

　　他和Brown認(rèn)為，一定有一顆看不見(jiàn)的第九行星讓它們形成這樣的團(tuán)簇。其質(zhì)量大約是地球質(zhì)量的5~10倍，近日點(diǎn)為200個(gè)天文單位，而遠(yuǎn)日點(diǎn)達(dá)到1200個(gè)天文單位。

　　尋找“老九”

　　很多天文學(xué)家都在通過(guò)計(jì)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(huì)來(lái)自一個(gè)正在進(jìn)行的項(xiàng)目——外太陽(yáng)系起源調(diào)查（OSSOS）。該項(xiàng)目研究人員正在一片較小的天域設(shè)法尋找并研究所有可觀測(cè)到的柯伊伯帶天體的詳細(xì)情況，比如跟蹤這些天體的軌道、對(duì)其顏色進(jìn)行歸類等。如果OSSOS能夠在這個(gè)區(qū)域找到一顆被假設(shè)行星否定的遙遠(yuǎn)天體，那么這項(xiàng)工作就有可能排除Batygin和Brown的第九行星假說(shuō)。

　　其他天文學(xué)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(yùn)轉(zhuǎn)的“卡西尼”號(hào)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(yuǎn)鏡觀測(cè)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(shí)，也在關(guān)注著Batygin和Brown曾描述過(guò)的行星X可能潛伏的空間。這對(duì)加州理工學(xué)院的科學(xué)家也在利用昴星望遠(yuǎn)鏡追逐這顆潛伏的行星。“如果那里沒(méi)有行星，我會(huì)覺(jué)得詫異。”亞利桑那大學(xué)理論物理學(xué)家Renu Malhotra說(shuō)。Malhotra的團(tuán)隊(duì)通過(guò)4個(gè)柯伊伯帶的天體演算認(rèn)為，這顆看不見(jiàn)的行星每隔1.7萬(wàn)年會(huì)圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一次。

    但是如果那里有一顆大質(zhì)量行星，要利用現(xiàn)有技術(shù)看到它還需要一些運(yùn)氣。對(duì)于尋找該天體的團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，它需要處于近日點(diǎn)一端，如果該行星非常小、光線過(guò)于黯淡或是距離過(guò)于遙遠(yuǎn)，那么可能永遠(yuǎn)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(shuō)，“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(huì)讓這幅圖像變得更加復(fù)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(xué)家重新改寫過(guò)去46億年里太陽(yáng)系很多天體彼此互動(dòng)的觀點(diǎn)。“那樣將很難預(yù)測(cè)我們的想象會(huì)向哪個(gè)方向發(fā)展。”Malhotra說(shuō)。

　　現(xiàn)在，科學(xué)家試圖回答這些問(wèn)題的最佳方式是尋找更加遙遠(yuǎn)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(xiàng)工作的原因，這些地方僅覆蓋了不足10%的他們希望觀測(cè)的天域。這意味著他們需要在望遠(yuǎn)鏡前度過(guò)更長(zhǎng)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(jī)遇。”Sheppard說(shuō)。（馮麗妃）