发现第九大行星？

2016年1月20日，美国加州理工学院的科学家宣布，他们发现的证据表明：一颗巨行星正在外太阳系的一条高度偏心的怪异轨道中运行。他们戏称它是“太阳系第九大行星”（简称“第九大行星”）。它的质量大约是地球的10倍，与太阳的平均距离是海王星的大约20倍（海王星与太阳的平均距离是45亿千米）。这也就是说，这颗尚未被完全证实存在的行星绕太阳一圈，要花1万～2万年。

这颗行星的“发现者”是巴铁金和布劳恩。他们通过数学模型和计算机模拟，认为这颗行星的存在几乎确定无疑。不过，目前尚无人直接观测到它。布劳恩说，这颗推定行星的质量是冥王星的5000倍，它足够大，无疑是一颗行星。与个头较小的矮行星不同，“第九大行星”会对它的近邻区域施加明显的引力作用。事实上，它主宰的区域大于任何其他已知的行星。从这个意义上说，它是整个太阳系中“最像行星的”行星。巴铁金和布劳恩指出，“第九大行星”有助于解释柯伊伯带的一系列神秘特征，“超过150年来，这是首次有确凿证据表明，太阳系中还有其他的行星未被发现。”

这条理论的发现之路并不平坦。2014年，布劳恩指导的博士后特鲁吉罗和他的同事谢泼德发表论文说，柯伊伯带最遥远天体中的13个，在一个模糊的轨道特征方面具有相似性。为解释这一相似性，他们认为可能存在一颗较小的行星。布劳恩认为这一解释不太可行，但他自己却在这方面被激起了兴趣。

他把这个问题告知了巴铁金，随后，他俩开始了一年半的合作，目的是调查这些遥远天体。作为一位观察家和一位为理论家，他们分别从不同角度探索这个奥秘——布劳恩望天，试图把所见的每个天体都归类，而巴铁金考虑的是怎样从物理学角度来看待这些天体。正是这种不同，让这两位科学家能相互借鉴，发现新的可能性。

巴铁金和布劳恩很快就意识到，这13个天体中最遥远的6个都遵循这样的椭圆轨道——它们在物理空间指向相同方向。这让人很惊讶，因为它们轨道的最远点都环绕太阳系移动，并且它们的绕行速度不同。这就好比一个钟面上有6根指针，它们的移动速度不同，但当你偶然望向钟面时，它们却都恰好处于同一位置。这样的概率只有1%。但更重要的是，这6个天体的轨道也都以同样的方式倾斜——相对于已知八大行星所在的平面，它们全都向下30°。这种现象的发生概率大约只有0.007%。如此低的概率，表明事件的发生并非是偶然的。布劳恩和巴铁金据此认为，一定有别的什么天体在塑造这样的轨道。

他们调查的第一种可能性是，或许有尚待发现的更遥远的柯伊伯带天体，它们施加的引力让这6个家伙“聚集一堂”。但他们很快就排除了这个可能性，因为真要发生这种情况的话，柯伊伯带的质量就必须是现有质量的100倍，而这显然不可能。这样，就剩下了一种可能性——存在尚待发现的遥远行星。布劳恩和巴铁金的第一个直觉就是，对一颗在遥远轨道上包围这6个柯伊伯带天体轨道的行星进行模拟。这颗行星就像一根巨大的套索，把这6个天体驱动为这种特异排列。这个理念看来很不错，却无法精确解释观测到的轨道离心率。

接下来，几乎纯属偶然，巴铁金和布劳恩注意到，如果他们模拟的是一颗处在反向轨道中的大质量行星，那么这6个最遥远柯伊伯带天体的推测排列就与实际观测到的情况完全一致了。所谓反向轨道是指，在这个轨道中，行星最接近太阳的位置——近日点，正好在其他所有已知行星的近日点对面（两者成180°角）。

一种下意识的反应会认为，这种轨道几何学不可能正确。它不可能长时间稳定，因为它会导致行星及这6个天体相遇，并且最终相撞。但通过轨道共振这种机制，“第九大行星”的反向轨道实际上能阻止柯伊伯带天体与它相撞，并且保持这6个天体的排列。当这些天体互相接近时，它们只是交换能量，而不会相撞。例如，当“第九大行星”完成4次公转，一个遥远柯伊伯带天体则完成9次。它们永远不会相撞。“第九大行星”就像一个父母，通过周期性推动，让孩子在秋千上维持弧形摆动。“第九大行星”以如此的方式挪移遥远柯伊伯带天体的轨道，让它们相对于这颗行星的轨道架构得以保留。

尽管这种解释堪称完美，巴铁金还是对此很怀疑，因为他在天体动力学中从未见过这样的机制。但一点一点地，随着这两位科学家调查了模型的更多特征和后果，他们越来越相信自己的判断。巴铁金说，一个好理论不应该只解释你准备解释的现象，而是有希望解释你没想到要解释的现象，并且还能对可测试的现象作出预测。

的确，“第九大行星”的存在有助于解释的不只是遥远柯伊伯带天体的排列，它也能为遥远柯伊伯带天体中的两个所追随的神秘轨道给出解释。其中第一个是塞德娜，它是由布劳恩在2003年发现的。其他柯伊伯带天体都是被海王星的引力作用“踢”出去，然后又回归柯伊伯带的，但与它们不同，塞德娜从来就没有特别靠近过海王星。第二个是“2012 VP113”，它是由特鲁吉罗和谢泼德在2014年发现的。巴铁金和布劳恩发现，如果“第九大行星”确实存在，而且它就位于他们预测的轨道中，那么就能很自然地产生类似塞德娜的天体，其产生方式是：抓来一个柯伊伯带天体，逐渐把它推到一个与海王星不那么相干的轨道中。

但对这两位科学家来说，真正出乎预料的转折是这样一个事实：他们的模拟预测到，柯伊伯带中有些天体的轨道垂直于太阳系众行星所在平面。巴铁金在模拟中不断发现这样的证据，他把这些告诉给了布劳恩。布劳恩茅塞顿开。在过去3年中，观测者辨识了4个这样的柯伊伯带天体——它们的轨道基本上都沿着一条源自海王星的垂直线，除此之外还辨识了1个轨道沿着另一条垂直线的天体。这些天体的位置和轨道，与巴铁金和布劳恩的模拟精确吻合。当他们发现这一点时，他们也确信了自己的预测。

那么，“第九大行星”来自何方，最终又是怎么来到外太阳系的呢？长久以来，科学家一直相信，早期太阳系始于4个行星核，它们捕捉自己周围的所有气体，从而形成了4颗气态行星——木星、土星、天王星和海王星。随着时间推移，碰撞与喷射不仅塑造了这4颗行星，而且让它们移动到现在的位置。布劳恩认为，谁能肯定就不可能有5个行星核呢？“第九大行星”可能就代表着这第5个行星核。如果它过于靠近木星或土星这两颗巨行星，它就可能被喷射到遥远的扁长轨道。

巴铁金和布劳恩继续细化模拟，试图了解有关这颗行星轨道及它对太阳系遥远地带影响的更多情况。与此同时，布劳恩及其他同事开始在天空中寻找“第九大行星”。他们只知道它的大致轨道，而不清楚它在轨道面上的确切位置。布劳恩说，如果这颗行星正好处在接近近日点的位置，天文学家就应该能从以往的探测图像中发现它。如果它处于轨道中最遥远位置，地球上最大的望远镜（例如美国凯克天文台的10米望远镜和美国昴星团望远镜）也有可能看见它。如果“第九大行星”处在轨道中离我们不是最近或最远的地方，那么许多望远镜都可能看见它。

巴铁金说，从了解太阳系在宇宙中的地位这个角度讲，对我们来说看似怪异的“第九大行星”，实际上与不断被发现的太阳系外其他恒星周围的行星（系外行星）没什么不同。首先，大多数系外行星并不具有单一轨道范围。也就是说，这些系外行星中，一些的轨道靠近母恒星，但另一些的轨道则极度遥远。第二，系外行星的最常见质量约是地球的1～10倍，即介于地球质量和海王星质量之间。事实上，这一点曾让天文学家们非常惊奇，因为太阳系中不存在系外行星中最常见的这种行星类型。而“第九大行星”如果真的存在，它不正是这样一颗行星吗？这样一来，太阳系还有什么不同寻常呢？

因为积极推动把冥王星从行星降低为矮行星的观点，布劳恩备受冥王星支持者的诟病。但他说：“那些对‘冥王星不再是行星不满的人，现在可以高兴了吧，因为有一颗真正的行星等待我们去发现，一旦找到它，太阳系就又有九大行星了。”

然而，在布劳恩和巴铁金的上述惊人理论发表后，美国宇航局警告说，这种理论并不成熟，它只是一种预测而已。但“如果它（‘第九大行星）真的存在的话，我们一定会发现它”。

截至目前，太阳系第九大行星是否真的存在，依然是未知数。