太阳系第九大行星艺术概念图。
六颗柯伊伯带天体和可能的第九颗行星的轨道示意图。
新闻故事的背景
著名的国际杂志《科学》和《自然》在2017年的科学展望中纳入了寻找太阳系第九大行星的内容。那么，这个问题是怎么出现的呢？天文学家为此做了哪些努力？
对于太阳系来说，2016年是继“冥王星降级”之后又一个行星纷争的年份。就在10年前的2006年，各国天文学家齐聚布拉格，召开国际天文学联合会大会，通过投票将冥王星重新定义为矮行星。这一重要事件的直接原因之一是美国加州理工学院的迈克·布朗发现了比冥王星质量更大的巨型昴宿星。所以很多人还是把布朗当做“冥王星杀手”。看看2016年1月布朗个人推特上一条很有意思的消息——“好吧好吧，现在我愿意承认:我坚信太阳系有九大行星。”到底是怎么回事？
一篇“令人震惊”的论文
2016年1月20日，《天文学》杂志发表了加州理工学院的迈克·布朗和康斯坦丁·巴蒂金的一篇“令人震惊”的论文。他们基于6个轨道奇特的柯伊伯带天体(太阳系中位于海王星轨道之外，距离太阳约30至50个天文单位的小天体)的数据，通过计算机数值模拟得出结论:太阳系中很可能存在第九颗行星，其质量约为地球的10倍，其与太阳的平均距离约为海王星的20倍，其轨道是一个非常平坦的椭圆，其近日点(行星轨道上距离太阳最近的位置)与其他行星相反。
布朗是这样描述六个具有奇怪轨道的柯伊伯带天体的:想象一个有六根指针的表盘，每根指针都以不同的速度移动，但在某个时刻当你看着表盘时，你会惊讶地发现六根指针都指向同一个方向。这篇论文的作者认为，一颗有待发现和确认的行星正好可以解释这些柯伊伯带天体的奇怪轨道。
布朗和巴蒂金的论文发表后，引起了极大的关注，但也引来了不同的意见。西班牙的卡洛斯兄弟和英国剑桥大学的斯维尔·阿西西提出，如果第九行星的质量和轨道如布朗和巴蒂金所描述的那样，那么就可以推断出第九行星对6个柯伊伯带天体的引力影响，就会发现这6个天体的轨道是不稳定的，它们都可能在不到15亿年的时间内离开太阳系。因此，在这个西班牙-英国团队看来，最有可能的情况是，太阳系外围不仅有一颗行星，而是不止一颗，这样才能保持奇异的柯伊伯带天体的轨道稳定。
至少要三年才能找到？
布朗和巴蒂金分析的六个柯伊伯带天体中有一个特别有趣，它的编号是2012VP113。这是卡内基研究所的斯科特·谢泼德和双子座天文台的查德威克·特鲁希略发现的已知最远的内太阳系天体。
作为搜寻第九行星的强大竞争团队，谢泼德和特鲁希略的团队已经利用位于智利和美国夏威夷的超大型望远镜搜寻了一整天的10%左右，但仍然找不到第九行星的线索，因为目前的数据只能给出这颗可能行星的大概轨道。如果它恰好位于近日点，它的亮度可能会被地面望远镜探测到。如果运气不好，这颗可能的行星刚好位于远日点附近，那么只是要搜索的区域太大，布朗和巴蒂金的乐观估计是至少需要三年时间才能找到。
没有一致意见的争论。
天文学家大多认为寻找第九行星将是一个漫长的等待。就在布朗和巴蒂金宣布第九行星可能存在的一个月后，大西洋彼岸的法国传来了好消息。巴黎天文台的艾格尼丝·费恩加(Agnes Feinga)和雅克·拉斯卡(Jacques Laska)团队在《天文学和天体物理学快报》(Astronomy and astro physics Express)上发表论文，声称他们使用精度最高的INPOP程序对比了卡西尼探测器自2004年进入土星观测轨道以来的数据，发现如果将第九行星引入数值模型，可以解释数据与理论计算值之间的部分偏差，特别是通过这种数据对比，团队可以限制第九行星不可能存在的日子。换句话说，虽然第九行星的存在只能通过直接观测来确认，但是法国天文学家的结论可以将行星可能存在的范围缩小一半，对于搜寻观测来说真的是事半功倍！
然而，美国喷气实验室负责卡西尼探测器项目的威廉·福克纳随即发表声明称，卡西尼探测器2004年至2016年的所有轨道数据都可以用现有的数学模型解释，理论值与观测数据之间不存在“无法解释的”偏差。如果第九行星真的存在，它的引力可能会影响土星的轨道，但不会对卡西尼的轨道产生任何影响。
法国天文学家认为，如果卡西尼探测器的轨道数据能够持续到2020年，那么它将很可能对第九行星的轨道测量给出非常强的限制，但不幸的是，卡西尼探测器将坠入土星，并于2017年末因燃料耗尽而光荣退休！
三种可能的形成机制
即使我们更倾向于相信第九行星的存在，那么问题又来了:第九行星是如何形成的？美国哈佛史密森天体物理中心的李和弗雷德·亚当斯考虑了三种可能的形成机制，其中最大的概率图是行星形成于太阳系。由于太阳系前期处于星团中，容易受到星团中其他恒星引力的影响，所以行星逐渐被拉到太阳系边缘，但出现这样画面的概率最高只有10%。另外两种情况是:第九颗行星原本是系外行星，当太阳与行星母星距离较近时，被太阳捕获到太阳系中；第九颗行星，原本是一颗自由的行星，在群星空间游荡，被太阳俘获。两种情况发生的概率都较低，都不到2%。
犹他大学的本杰明·布鲁姆利和哈佛史密森尼的斯科特·凯尼恩的计算结果表明，李和亚当斯的第一幅图仍然是可能的。他们认为第九行星很可能是在靠近太阳的区域形成的，但由于木星和土星的引力，它被慢慢地抛到了太阳系的边缘。而且，如果未来可以通过观测来确认这颗行星，那么通过分析这颗行星的成分就可以推断出它的形成历史，但这一切都要靠观测。
也有很多天文学家认为第九行星很可能是太阳系捕获的系外行星。瑞典隆德大学的亚历山德拉·穆斯迪尔(Alexandra Musdil)发表了令人惊讶的言论，提出第九颗行星是太阳在大约45亿年前从附近恒星“偷走”的系外行星。当然，他的理论需要很多“有利因素”同时存在，比如行星的扁平轨道，星团中恒星之间的距离更近等等。在穆斯迪尔看来，如果能够确认第九颗行星的存在，并且是被太阳捕获的系外行星，那么它将是第一颗能够发送探测器近距离观测它的系外行星，因为其他系外行星的距离都是以光年为单位测量的。
一百多年后再算行星？
正如美国卡内基研究所的斯科特·谢泼德所说:我们今天与19世纪多么相似！自1781年赫歇尔发现天王星以来，天文学家注意到该行星轨道的观测值与理论计算值存在偏差，于是有人预测天王星轨道之外还有另一颗行星，而正是这颗行星的引力导致了天王星轨道的偏差。英国的亚当斯和法国的勒维尔独立计算了这颗新行星的位置，最终海王星的存在被德国天文学家加勒的望远镜观测所证实。因此，海王星也被称为“笔尖上发现的星球”。如果在可预见的未来，大型望远镜能够观测到并确认第九颗行星的存在，这将是继海王星之后太阳系的又一颗行星，通过计算预测(只是这次借助了计算机数值模拟)，然后通过观测确认。
如果真的能证实太阳系第九大行星的发现，不仅可以解释柯伊伯带天体奇怪的轨道，还可以解释柯伊伯带悬崖等一系列让天文学家束手无策的难题。太阳系有多少颗行星一直是最热门的天文话题。十年前，因为冥王星被踢出行星队，多少人在哭泣，甚至苦涩至今。历史总是出人意料地重演。不知道会不会像100多年前一样，由于其他天体轨道的异常，通过计算，然后通过望远镜观测来确认太阳系新行星的存在？还是“擦擦镜子等着”吧。
