十年來，科學(xué)家們就“行星9”的存在展開了激烈的爭論。有人說證據(jù)越來越多

雅格布·普里斯科

CNN記者雅格布·普里斯科報(bào)道

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美國東部時(shí)間下午6:07更新，2024年11月6日星期三

十多年來，天文學(xué)家一直在柯伊伯帶尋找一顆隱藏的行星。研究人員說，雖然這顆潛在的第九顆行星從未被直接看到，但它的存在得到了一些線索的支持。CNN/Adobe Stock

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我們的太陽系曾經(jīng)有九顆行星。天文學(xué)家邁克·布朗，也被稱為“殺死冥王星的人”，他說，在他最著名的發(fā)現(xiàn)幫助改變這一情況后，多年來他一直在凌晨3點(diǎn)收到孩子們的恐嚇信和淫穢電話。

加州理工學(xué)院行星天文學(xué)教授布朗在柯伊伯帶發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)名為厄里斯的小世界——海王星軌道之外的一個(gè)巨大的冰狀物體環(huán)，也恰好是前第九行星的鄰居。2005年的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列事件，導(dǎo)致冥王星在第二年被降級為行星，這仍然是一個(gè)有爭議的問題。

但是現(xiàn)在，就像柯伊伯帶實(shí)際上帶走了第九顆行星一樣，布朗和其他科學(xué)家相信它可以帶回一顆。

美國國家航空航天局的新視野號(hào)飛船在2015年7月14日拍攝了這張冥王星的高分辨率增強(qiáng)彩色照片。2006年，在國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)重新討論了行星的構(gòu)成之后，冥王星被降級，引發(fā)了廣泛的憤怒。美國國家航空航天局/約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室/西南研究所

天文學(xué)家認(rèn)為，這條帶是由太陽系形成時(shí)的殘留物組成的，它距離太陽的距離比地球遠(yuǎn)50倍，其中一個(gè)次級區(qū)域的距離是地球的近20倍。冥王星現(xiàn)在和厄里斯一起被歸類為矮行星，它只是那里存在的幾十個(gè)冰體中最大的一個(gè)——并不主宰自己的軌道，也不清除其他物體的軌道。根據(jù)國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)制定的指導(dǎo)方針，這就是它不能與其余八顆行星享有同等地位的原因。

然而，由于柯伊伯帶中的物體離太陽太遠(yuǎn)，它們很難被發(fā)現(xiàn)。十多年來，天文學(xué)家一直在該地區(qū)尋找一顆從未被觀測到的隱藏行星，但它的存在是通過附近其他物體的行為推斷出來的。它通常被稱為行星X或行星九。

柯伊伯帶中的物體很難看到和研究，因?yàn)樗鼈冸x太陽很遠(yuǎn)。有線電視新聞網(wǎng)/歐空局

“如果我們發(fā)現(xiàn)了另一顆行星，那真的是一件大事，”耶魯大學(xué)天文學(xué)助理教授瑪蓮娜·賴斯說?！八赡軙?huì)徹底重塑我們對太陽系和其他行星系統(tǒng)的理解，以及我們?nèi)绾芜m應(yīng)這種環(huán)境。這真的很令人興奮——有很大的潛力去了解大量關(guān)于宇宙的知識(shí)?！?/span>

興奮伴隨著一些爭議——不同的陣營對行星本身有不同的理論，而一些研究人員認(rèn)為它根本不存在。

“肯定有人對第九行星持完全懷疑態(tài)度——這是一個(gè)有爭議的話題，”賴斯說?！坝行┤朔浅?qiáng)烈地感覺到它的存在。有些人非常強(qiáng)烈地認(rèn)為不會(huì)。在試圖確定它是什么以及它是否存在的過程中，有很多爭論。但這是一個(gè)真正有趣的話題的標(biāo)志，因?yàn)榉駝t人們不會(huì)對它有激烈的看法?！?/span>

很快，一旦2025年末一架能夠每隔幾個(gè)晚上觀測整個(gè)可用天空的新望遠(yuǎn)鏡上線，這場爭論就可能得到解決。在此之前，一組研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)找到了最令人信服的證據(jù)，證明這顆隱藏的星球是真實(shí)的。

2016年1月20日，加州理工學(xué)院天文學(xué)家邁克·布朗在加州帕薩迪納的加州理工學(xué)院地震實(shí)驗(yàn)室發(fā)表演講時(shí)，用黃色指出了理論上的第九行星的“預(yù)測軌道”。布朗和他的同事、行星科學(xué)家康斯坦丁·巴蒂金報(bào)告說，有強(qiáng)有力的證據(jù)表明在我們太陽系的邊緣有一顆隱藏的行星。法新社通過蓋蒂圖片

確鑿的證據(jù)

對行星九的搜尋直到最近才開始，但是關(guān)于它存在的討論可以追溯到175年前。

布朗的同事、加州理工學(xué)院行星科學(xué)教授康斯坦丁·巴蒂金說:“自從1846年成功發(fā)現(xiàn)海王星以來，至少有30名天文學(xué)家提出了各種類型的外海王星行星的存在——但他們總是錯(cuò)的。”任何在海王星軌道之外繞太陽運(yùn)行的天體都被天文學(xué)家定義為“跨海王星天體”。

“我從來沒有想過我會(huì)談?wù)撊绾斡凶C據(jù)證明一顆跨海王星的行星，但我相信，與之前所有的那些時(shí)間不同，在這種情況下，我們實(shí)際上是正確的，”他補(bǔ)充道。

巴蒂金和布朗是《第九行星》最積極的支持者。自2014年以來，這兩個(gè)人一直在積極尋找這顆隱藏的行星，他們的靈感來自天文學(xué)家Scott Sheppard和Chadwick Trujillo的一項(xiàng)研究，Scott Sheppard是DC華盛頓州卡耐基科學(xué)研究所的科學(xué)家，Chadwick Trujillo是北亞利桑那大學(xué)天文學(xué)和行星科學(xué)的副教授。

謝潑德和特魯希略首先注意到少數(shù)已知的外海王星天體的軌道都奇怪地聚集在一起。兩人認(rèn)為，一顆看不見的行星——比地球大幾倍，距離太陽200多倍——可能是這些較小物體的“牧羊人”。

這個(gè)概念動(dòng)畫描述了行星九如何幫助解釋一些外海王星物體的觀察行為，或者海王星軌道之外繞太陽運(yùn)行的物體。CNN/加州理工學(xué)院

“最明顯的證據(jù)仍然是最早的:海王星之外最遙遠(yuǎn)的物體都有指向一個(gè)方向的軌道，”布朗在一封電子郵件中說。

此后，巴蒂金與人合著了半打關(guān)于第九行星的研究，提供了幾條關(guān)于它存在的證據(jù)。他說，最強(qiáng)的是他的最新工作，由布朗和其他兩名研究人員合著，發(fā)表在4月份的《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上。

這項(xiàng)研究跟蹤了受到某種擾動(dòng)的冰體，這種擾動(dòng)在它們完全離開太陽系之前將它們注入海王星的軌道?！叭绻阌^察這些天體，與太陽系的年齡相比，它們的壽命很小，”Batygin說?！斑@意味著有東西把它們放在那里。那又會(huì)是什么呢？”

一種選擇可能是被稱為銀河潮汐的東西，一種由銀河系中遙遠(yuǎn)的恒星施加的力的組合。但是Batygin和他的團(tuán)隊(duì)運(yùn)行了計(jì)算機(jī)模擬來測試這種情況與行星九的存在，他們發(fā)現(xiàn)沒有隱藏行星的太陽系“被數(shù)據(jù)強(qiáng)烈駁斥”

“這真是一個(gè)了不起的確鑿證據(jù)?；叵肫饋恚@是顯而易見的，所以我覺得有點(diǎn)尷尬，我們花了將近十年的時(shí)間才弄明白這一點(diǎn)。我想，遲到總比不到好，”巴蒂金說。

根據(jù)Batygin的說法，行星九是一個(gè)“超級地球”物體，大約是我們地球質(zhì)量的五到七倍，其軌道周期在10，000到20，000年之間。“我無法通過模擬計(jì)算出它在軌道上的位置，以及它的組成，”Batygin說?！白钇椒驳慕忉屖?，它有點(diǎn)像天王星和海王星的縮小版，可能是參與這些行星形成過程的核心之一?！?/span>

超級地球假說也許是得到第九行星信徒最多支持的一個(gè)，但是競爭理論提出了替代解釋。

超級冥王星？競爭的柯伊伯帶理論

2023年8月發(fā)表的一項(xiàng)研究提出，存在一顆隱藏的行星，實(shí)際上要小得多，質(zhì)量是地球的1.5至3倍。“它有可能是一個(gè)冰冷的巖石地球，或者是一顆超級冥王星，”日本金臺(tái)大學(xué)行星科學(xué)副教授、該研究的合著者Patryk Sofia Lykawka說。

“由于其巨大的質(zhì)量，它將具有很高的內(nèi)部能量，可以維持，例如，地下海洋。它的軌道將非常遙遠(yuǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過海王星，如果與已知的行星相比，傾斜得多——甚至比冥王星的傾斜還要多，冥王星的傾斜約為17度，”Lykawka說。(天文學(xué)家稱當(dāng)行星與地球不在同一平面時(shí)，它的軌道是傾斜的。)

這顆行星的存在來自于旨在解釋外海王星天體群體奇怪行為的計(jì)算模型，這表明與Batygin的研究有相似之處。然而，Lykawka指出，他的模型看不到相同的軌道排列，與Batygin的非常不同。這就是為什么他沒有將這個(gè)神秘物體稱為行星九，而是稱為“柯伊伯帶行星”，以“表明我們正在談?wù)摬煌募僭O(shè)行星，”他解釋道。

其他理論提出，每個(gè)人都試圖解釋的異?，F(xiàn)象完全是由其他原因造成的，例如宇宙大爆炸后產(chǎn)生的原始黑洞，這是我們的太陽系在穿越銀河系時(shí)捕獲的。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，科學(xué)目前對重力的理解可能有問題。

但是根據(jù)耶魯大學(xué)的Rice所說，這些理論很難被驗(yàn)證。“有很多其他想法，但在決定檢查的優(yōu)先順序時(shí)，我通常會(huì)嘗試使用奧卡姆剃刀，”她說，引用了一個(gè)經(jīng)典的哲學(xué)原則，即在相互競爭的想法中，最簡單的通常是正確的。“就科學(xué)可行性而言，我們知道已經(jīng)有八顆行星了，所以在同一個(gè)系統(tǒng)中存在另一顆行星并不瘋狂?！?/span>

她補(bǔ)充說，最有希望的前進(jìn)道路實(shí)際上是找到更多Batygin假設(shè)所基于的跨海王星物體——并證明它們的軌道聚集在一起具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

一位藝術(shù)家的概念說明了理論上的九號(hào)行星，巴蒂金和布朗認(rèn)為九號(hào)行星的質(zhì)量是地球的五到七倍。一個(gè)競爭理論提出存在一個(gè)隱藏的柯伊伯帶行星，它更小，質(zhì)量是我們世界的1.5到3倍。加州理工學(xué)院/胡爾

尋求更多證據(jù)的努力

一些研究人員認(rèn)為，目前科學(xué)家探測到的這些遙遠(yuǎn)的外海王星物體太少，無法對它們的軌道得出任何結(jié)論。

“我們大約有十幾個(gè)這樣的天體，”亞利桑那大學(xué)行星科學(xué)教授雷努·馬爾霍特拉(Renu Malhotra)說，“但我們只觀察到最亮的天體，而且只是其中的一小部分，因?yàn)槲覀兪窃谒鼈冏罱咏柕臅r(shí)候觀察到它們的。”

根據(jù)Malhotra的說法，這些數(shù)據(jù)存在觀察偏差，這就是為什么研究人員對此持懷疑態(tài)度。懷疑論者中有卡內(nèi)基科學(xué)研究所的Sheppard，他是2014年激發(fā)Batygin研究的研究的合著者之一。

謝潑德在一封電子郵件中說:“到目前為止，我們預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)現(xiàn)更多這種極端的外海王星物體?！薄！皳碛袔资w這樣的恒星將使我們能夠可靠地確定它們是否真的聚集在太空中。但不幸的是，我們?nèi)匀惶幱谏贁?shù)統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈儽茸畛跸胂蟮囊俚枚唷，F(xiàn)在我想說，在遙遠(yuǎn)的太陽系中有可能存在一顆超級地球行星，但我們不能很有把握地這么說。”

根據(jù)Malhotra的說法，爭議可能會(huì)變得激烈?！翱茖W(xué)家和其他人一樣，有不同的性格類型。有些人對他們的科學(xué)更有進(jìn)取心，而另一些人則更有分寸，”她說?！坝幸环N看法認(rèn)為，海王星質(zhì)量的九號(hào)行星的想法比統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)證明的更積極?！?/span>

Malhotra在2017年8月與人合著了一篇論文，提出在柯伊伯帶存在一顆火星大小的行星，但她沒有完全排除行星九假說。

“還沒有決定。這只是在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的邊緣，”她說?！暗窃谖覀兯奈锢韺W(xué)和我們的觀察中，沒有任何東西可以排除距離是海王星到太陽距離的幾十倍的大型行星的可能性?！?/span>

當(dāng)然，直接觀察這顆行星會(huì)結(jié)束所有的爭議，但是到目前為止，所有的嘗試都是徒勞的。

Batygin在3月份與人合著了一項(xiàng)研究，該研究使用了夏威夷全景巡天望遠(yuǎn)鏡和快速反應(yīng)系統(tǒng)(Pan-STARRS)天文臺(tái)的數(shù)據(jù)，允許研究人員分析第九行星可能所在的78%的天空，但他們沒有找到它。

“這是一次真正的艱苦努力，”他談到這次嘗試時(shí)說，列舉了不得不在分配的幾天時(shí)間里用望遠(yuǎn)鏡工作，同時(shí)與設(shè)備損壞和惡劣天氣做斗爭的困難。

根據(jù)Batygin的說法，在不知道往哪里看的情況下發(fā)現(xiàn)如此遙遠(yuǎn)的物體是非常困難的，就像用狙擊槍而不是望遠(yuǎn)鏡來尋找目標(biāo)一樣。

“當(dāng)你在尋找如此令人痛苦的昏暗事物時(shí)，天空是一個(gè)非常非常大的地方，”他說?！斑@個(gè)東西的亮度比海王星小1億倍左右——這真的是在向目前世界上絕對最大的望遠(yuǎn)鏡的邊緣推進(jìn)?！?/span>

夏威夷的全景巡天望遠(yuǎn)鏡和快速反應(yīng)系統(tǒng)(Pan-STARRS)天文臺(tái)允許研究人員分析行星九可能所在的78%的天空。但到目前為止，科學(xué)家們試圖直接觀察這個(gè)理論化的星球，卻一無所獲。美國國家航空航天局

其他搜索，如2021年12月在智利使用阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的一項(xiàng)研究，也出現(xiàn)了短缺?！拔冶仨殰y試成千上萬個(gè)不同的軌道。最終我什么也沒發(fā)現(xiàn)，”該研究的主要作者齊格魯?shù)隆つ嗡拐f，他是挪威奧斯陸大學(xué)理論天體物理學(xué)研究所的研究員。

他補(bǔ)充說，該儀器的靈敏度足夠高，應(yīng)該能夠探測到地球和太陽之間距離300至600倍的區(qū)域內(nèi)的行星。

“這足以提供信息，但遠(yuǎn)不足以否定整個(gè)第九行星，”奈斯在一封電子郵件中說。

潛在的“新篇章”

盡管存在爭議和分歧，所有的研究人員都同意一件事。一旦美國國家科學(xué)基金會(huì)和斯坦福大學(xué)的研究人員在2025年底開始科學(xué)運(yùn)作，目前正在建設(shè)的一種新的廣角望遠(yuǎn)鏡可能很快就會(huì)讓這場辯論停止。它被稱為維拉·c·魯賓天文臺(tái)，擁有有史以來最大的數(shù)碼相機(jī)，坐落在智利北部一座8800英尺的山頂上。

維拉·c·魯賓天文臺(tái)將于2025年底開始科學(xué)運(yùn)作，它擁有世界上最大的數(shù)碼相機(jī)，可以讓隱藏星球的辯論停止。維拉·魯賓天文臺(tái)

“這是下一代望遠(yuǎn)鏡，每隔幾天就會(huì)搜索整個(gè)可用的天空，”Batygin說?！八赡軙?huì)直接找到行星九，這將是搜索的一個(gè)奇妙的結(jié)論，并開啟一個(gè)新的篇章。至少，它會(huì)發(fā)現(xiàn)一噸多的柯伊伯帶物體。但即使它沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的天體，也足以證實(shí)行星九假說，因?yàn)樗鼘y試所有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所有我們在獨(dú)立調(diào)查中看到的模式?！?/span>

賴斯同意，該望遠(yuǎn)鏡將大大有助于解決這一爭論，并明確解決跨海王星天體排列的統(tǒng)計(jì)意義問題——這是第九行星的關(guān)鍵證據(jù)。

賴斯說，如果魯賓望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了超級地球，那將是令人興奮的，因?yàn)檫@些大小在地球和海王星之間的天體是一種常見的系外行星。

賴斯說:“我們在太陽系中沒有這樣的行星，這看起來非常奇怪，也是一個(gè)突出的謎，因?yàn)槲覀冊谄渌阈侵車南到y(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了如此多的行星——近距離研究一顆行星是不可思議的，因?yàn)橄低庑行翘h(yuǎn)了，很難真正掌握它們的物理形狀。”

賴斯補(bǔ)充說，找到一顆較小的行星也會(huì)令人興奮，因?yàn)槊恳活w太陽系行星對于推斷研究人員在銀河系中發(fā)現(xiàn)的數(shù)千顆類似的系外行星的信息都非常有用。

如果什么都沒出現(xiàn)呢？賴斯說，確切知道有多少行星仍然是有用的。“我認(rèn)為，甚至不知道我們太陽系中的行星數(shù)量都是非常令人羞愧的?！?/span>

這意味著，隨著科學(xué)家對宇宙的了解越來越多，甚至許多人小時(shí)候從教科書中學(xué)到的事實(shí)也可能改變。

“這實(shí)際上是一件很棒的事情，”她補(bǔ)充道?！叭祟惖闹R(shí)在不斷發(fā)展——有時(shí)是巨大的轉(zhuǎn)變，有時(shí)只是來回的爭論。這是一個(gè)有趣的科學(xué)過程的典型例子。”