外太阳系中隐藏着什么？

1992 年，一颗小天体的发现揭开了一个大秘密：太阳系远比我们想象的要大得多。在此之前，我们只证实了孤独、奇怪、寒冷的冥王星的存在，它位于一个叫做柯伊伯带的太空区域。柯伊伯带是位于海王星轨道外区域的一组冰冻天体——就像一个更冷、更水的小行星带。直到 1992 年，它一直只是理论上的，因为没有人观测到冥王星以外的任何东西。1992 QB1 的发现标志着柯伊伯带中第二次发现天体。在接下来的几年里，这些小型寒冷世界的发现如滚雪球般越滚越大——1992 年至 1999 年间发现了 80 多个，如今已知有数百个。随着 20 世纪 90 年代莫纳克亚山和拉帕尔马天文台对外太阳系的调查，我们终于开始揭开太阳系“第三区”的神秘面纱，而这已不再只是理论上的认识。

现在，随着我们对太阳系外部的了解不断加深，我们又面临着新的问题。这也引发了人们对海王星以外行星的重新讨论。这些行星不是冥王星、阋神星、鸟神星，也不是我们已经发现的其他迷人而充满活力的矮行星，而是可能与火星大小相当甚至更大的未被发现的天体。

第九行星

在某些情况下，这些矮行星可能指向更大的物体，例如之前未被发现的行星。2003 年，天文学家迈克·布朗、查德·特鲁希略和大卫·拉比诺维茨宣布发现赛德娜。赛德娜的轨道似乎延伸到太阳与地球距离的 970 倍（称为天文单位或 AU），然后回到 76 AU 处进行近距离接近。赛德娜绕太阳运行一圈预计需要 11,000 年。

塞德娜似乎很奇怪。但 2012 VP113 的发现开始让事情变得复杂起来。该天体于 2014 年宣布，距离比塞德娜更远。但它有很多共同点——它也有一条长而奇怪的轨道，倾斜于太阳系平面。还有其他类似的天体，它们与太阳的最近距离不超过 30 个天文单位，最远点距离太阳超过 250 个天文单位。

马德里康普顿斯大学的卡洛斯·德拉富恩特·马科斯说：“这些外星天体的发现表明，太阳系的这个偏远区域远非空无一人，而且那里居民的特性有时相当令人费解。”

这让天文学家迈克·布朗和康斯坦丁·巴蒂金得出了一个不同寻常的结论：这些天体的偏心和偏离平面的轨道并非巧合，而是通过避开更大的天体而精心组合起来的路径。而那个天体是一颗寒冷遥远的行星，在 2015 年宣布其预测的论文中被称为“第九行星”。第九行星本身可能最初靠近太阳，但后来迁移到太阳系更远的地方，从而扭转了绕太阳运行的轨道。

这颗行星将拥有一个绕太阳运行的椭圆形轨道，距离恒星最近处为 200 天文单位，最远处为 1,200 天文单位。整个旅程预计持续 10,000 到 20,000 年。如果它存在，它的亮度应该足以反射部分太阳光，使地球上的望远镜能够看到它。唯一的缺点是，它的移动速度非常慢，可能需要一段时间才能将其与背景恒星区分开来。

理论认为，第九行星与另外八颗已知行星一起形成，然后随着木星和土星逐渐破坏其轨道而向外太阳系迁移。在第九行星移出的过程中，它颠覆了柯伊伯带中的一大块冰体，留下了像塞德娜这样被称为“极端外海王星天体”的天体。“这就像拿起一块蛋糕，切出一块，然后把剩下的都扔掉，”加州理工学院的教授巴特金说。“剩下的蛋糕”——一大块冰冻星球，大小不一，从小彗星到柯伊伯带边缘的中等大小的岩石行星——很可能被完全抛出了太阳系。总之，外柯伊伯带 75% 的质量在这次迁移中丢失了。

巴蒂金和布朗表示，他们有 99% 的把握相信第九行星就在那里。他们对第九行星存在的信心取决于这 10 个左右的极端外海王星天体。还有更多的天体被发现——最近的一次发现是在上周宣布的。它被命名为 BP519，拥有类似塞德娜的轨道。第九行星的质量预计约为地球的 10 倍，很可能是尚未发现的最大天体。它的预测轨道，以及我们对太阳系内行星、矮行星、小行星和彗星运动的理解，使得任何其他隐藏的冰巨星潜伏在那些外部边界的可能性极小。“我认为，从某种意义上说，你可以把 [第九行星] 看作太阳系中最后一个大天体，”巴蒂金说。

红外勘测在很大程度上排除了木星或土星大小的物体。但那里可能还有其他行星大小的物体，只是不大而已。“你也许仍然会有地球和火星大小的物体，但太阳系确实已经没有空间了，”巴蒂金说。

黑暗火星

去年，亚利桑那大学教授凯特·沃尔克 (Kat Volk) 是《天体物理学杂志》上一篇论文的主要作者，该论文提出了另一颗未被发现的行星的理论。她也研究了柯伊伯带行星群，寻找奇怪的轨道，并发现了不少。沃尔克说，这篇论文部分是受到第九行星消息的启发，是一种通过观察柯伊伯带的轨道动力学来寻找其他重要物体的方法。

“我们看到了柯伊伯带的内部，内部看起来非常漂亮，它与其他物体的平面一致，”她说。

但她走得越远，它们就越奇怪。虽然太阳系的大部分天体都位于从太阳向外延伸的平面上，偏差不超过几度，但这些柯伊伯带外的天体偏差大得离谱。这些异常物体指向一个隐藏的扰动者：一颗距离太阳约 100 个天文单位的火星大小的行星。像第九行星一样，它会缓慢移动，但仍能反射太阳的光线。

沃尔克说：“我们估算了这个物体的亮度，它实际上相当明亮，所以你不需要任何特别的东西（就能找到它）。”大型综合巡天望远镜等巡天设施可以通过夜间拍摄天空照片并寻找缓慢移动的物体来帮助找到它。

除此之外，近年来还有几篇论文提出了其他行星的假设。2014 年《皇家天文学会月刊》上的一篇论文提出，外太阳系可能至少还有两颗比地球质量更大的行星。其中一位作者 de la Fuente Marcos 后来将这一假设修改为一个行为方式与第九行星有些相似的物体，但距离太阳更近。另一篇论文根据无线电信号提出了距离 4000 天文单位的遥远超级地球，但很快被撤回，因为该社区的其他天文学家认为该物体声称的大小和参数似乎不可能实现。简而言之，如果阿塔卡马大型毫米-亚毫米阵列能够偶然在狭窄的视野范围内探测到这样的物体，那么我们应该在那里看到更多这样的物体——质量远远超过我们认为太阳系所包含的质量。对于塞德娜及其同类行星的奇怪轨道，还有其他许多解释——它们涉及与第九大行星具有不同轨道结构的大型行星。

沃尔克表示，虽然她对第九大行星的存在持中立态度，但“它引发了新的想法，让我们知道应该考虑什么样的动态。”更好地了解外太阳系可能会带来新的惊喜——未来几年，随着 LSST 等巡天望远镜和 30 米望远镜和詹姆斯韦伯太空望远镜等巨型望远镜的出现，我们可能不仅会发现第九大行星，还会发现第十大行星甚至第十一行星。这可能需要计算出正确的位置并将望远镜对准那里，就像 1847 年约翰·加勒（或约翰·库奇·亚当斯，取决于你问谁）根据乌尔班·勒威耶的预测发现海王星一样，也可能通过在一次全天空巡天中发现夜以继日地微妙移动​​的东西来实现。简而言之，还有很多东西有待发现。

“柯伊伯带中有很多东西我们还没发现，”沃尔克说。“它不像小行星带，我们知道那里的所有大型物体。我们甚至还不能排除在真正遥远的太阳系中存在海王星大小的物体。”