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从昨天开始，太阳系要重新变为九大行星的新闻越来越热。虽然可能性很大，但并不能说完全确定，这一结论还有待观测证实。不过这事还是遭到了一些见得风就是雨的媒体的断章取义。为了让大家能更清楚地了解到这颗行星，我翻译了加州理工大学官方网站上关于所谓第九行星的长文。这篇文章讲述了这颗可能存在的行星的特点，发现历程，以及假设的行星模型对外太阳系（尤其是柯伊伯带）的意义。
加州理工大学研究人员发现第九大行星存在证据 加州理工大学研究人员发现外太阳系中一颗沿着奇怪的细长轨道运行的巨行星存在的证据。这个被研究人员称作第九行星的物体，质量约为10倍地球质量，轨道距太阳平均距离约为海王星的20倍，公转一圈需1-2万年。 Konstantin Batygin和Mike Brown通过数学模型和计算机模拟发现了它的存在，但还没有直接观测到它。 “这会是一颗真的第九行星，”Brown说道，“从古代到现在真正发现的行星只有两颗，这会是第三颗（译者注：两颗指的是天王星和海王星，它们在古代没有发明望远镜之前是无法观测的，也不能被发现）。它是太阳系中存在的一个待找到的实体，非常exciting。” Brown表示这颗推测出的第九行星足够大，质量为冥王星的5000倍，从这个方面讲毫无疑问是一颗真正的行星。不同于现在被叫做矮行星的更小的天体，第九行星在引力上控制着太阳系中它的邻居。事实上它所控制的区域大于任何其他已知行星——Brown说这使它成为了太阳系所有行星中的“planet-y”。
Batygin和Brown在最新一期《天文学杂志》上描述了他们的工作，展示了第九行星是如何帮助解释海王星外叫做柯伊伯带的冰块和碎片区中那些神秘的特点。
这张艺术图展示了从第九行星外侧看向太阳方向的情况。这颗行星被认为是气态，与天王星和海王星相似。假想的闪电点亮了夜半球的一部分。 “尽管最初我们还很怀疑这颗行星的存在，但当我们继续探讨它的轨道和它对外太阳系的意义时，我们更加确定它就在那里，”行星科学助理教授Batygin说。“超过150年来，第一次有确凿的证据表明对太阳系的行星普查还不完全。” 这个理论的发现并不是直接的。2014年，Brown所带的前博士后Chad Trujillo和他的同事Scott Sheppard发表了一篇论文，表示柯伊伯带最远天体中的13个在轨道特征上存在较模糊的相似。为了解释这一点，他们假设了一颗小型行星的存在。Brown感觉这个行星不大可能，但他的兴趣被激发出来了。 他把这个问题带给Batygin，两人开始了为期一年半的对遥远目标的协作探究。两人一个是观测者，一个是理论学家，两位研究者从非常不同的角度来进行这项工作——Brown盯着天空，试图确定在能观测到的情况下的一切，Batygin则在动力学的情况下，从物理的立足点分析会发生什么。这些不同点使得两人能挑战对方的观点，并想出新的可能情况。“我带来一些观测方面的东西，他会用理论的观点来回应我，就这样我们相互促进。我认为没有这个来回讨论的过程，就不会有这个发现，”Brown说，“解决太阳系中的问题，这可能是我过的最有趣的一年。” 很快Batygin和Brown就意识到Trujillo和Sheppard最初收集的天体中6个最远的都沿着在实际空间中指向同一方向的椭圆轨道运动。这点非常令人惊讶，因为它们轨道的最远点在太阳系中转动，而且转动的速率不同。 “这好像是有一个6个指针的钟，每个指针速度都不一样，当你恰好抬头看它，它们准确地处在同一位置，”Brown说。他说发生的几率在100分之一那样。但再加上6个天体的轨道倾斜的程度也一样——相对已知八大行星的轨道平面向下向同一方向倾斜了30度。发生这种事的可能性约为0.007%。“显然这不是偶然形成的，”Brown说。“所以我们认为一定有别的东西在塑造这些轨道。” 他们探索的第一种可能是有足够多的遥远柯伊伯带天体——有些还未被发现——来提供使这些子总体集合起来的引力。当结果显示这样的情形需要柯伊伯带质量是现在的100倍时，他们很快排除了这种假设。 这让他们把想法转移到行星上。他们的第一件事就是模拟一颗遥远行星，它的轨道包围着那6个柯伊伯带天体的轨道，像一个巨大的套索一样把它们约束在它们的队列中。Batygin说模型基本产生了效果，但没有严格地给出观测到的离心率。“很接近，但并未成功，”他如是说。 之后，Batygin和Brown偶然注意到如果他们用一个有着反向对齐轨道（轨道近日点与其他天体和已知行星的近日点成180度）大质量行星来运行模拟，那些遥远柯伊伯带天体就会呈现出实际观测中的排列。 “你的自然的反应会是‘这个轨道几何图形不对。长期看来不会稳定，因为最终这会导致这颗行星和那些天体相遇并最终发生碰撞，’”Batygin说。但是通过平均运动共振机理，第九行星的反向对齐轨道实际上阻止了柯伊伯带天体与之相撞并使它们保持整齐排列。当天体彼此靠近时它们会有能量交换。所以，举个例子，第九行星每转4圈，一个遥远柯伊伯带天体转9圈，这样它们永远不会相撞。相反的是，像一个家长周期性地推动自己在秋千上的孩子来使他保持运动的幅度，第九行星轻推这些遥远柯伊伯带天体的轨道，来保持它们相对于自己的布局。 “我仍然很怀疑，”Batygin表示。“我在天体力学中从未见过任何类似的情况。” 但是逐渐地，当他们探索这个模型的其他特点和结果时，他们被说服了。“一个好的理论不仅要能解释你的出发点。它应该有望解释你没有准备用它来解释的东西，并且作出可验证的假设，”Batygin说。 第九行星的真实存在不仅可以解释遥远柯伊伯带天体的排列。它也对其中两个天体的神秘轨道给出了解释。第一个是赛德娜，在2003年被Brown发现。与被海王星“踢走”再回到海王星旁边的标准种类的柯伊伯带天体不同，赛德娜从不离海王星很近。第二个是2012 VP113，与赛德娜相似。它在2014年被Trujillo和Sheppard所宣布。Batygin和Brown发现第九行星在其假设轨道中的存在，会将一颗标准柯伊伯带天体缓慢地拉到一个与海王星联系更少的轨道上，很自然地形成赛德娜这种天体。 但对于研究者来说真正的推动来自于他们的模拟预测了柯伊伯带中存在着轨道垂直于黄道面的天体。Batygin一直在为模拟中的这些寻找证据，并把它们带给Brown。“突然我意识到存在这种天体，”Brown回忆道。在过去的三年中，观测者们发现了4颗大致沿着一条垂直于海王星的轨道运行的天体，而且一个接着另一个。“我们标注了它们的位置和轨道，它们准确地符合模拟结果，”Brown说。“当我们发现这一点时，我可以说是惊讶到下巴都掉到地上了。”
第九行星可以预测的一个结果是第二组受限的天体也应该存在，这些天体被迫处在与第九行星垂直的位置并进入与黄道面垂直的轨道。5个已知天体（图中蓝色）准确地符合这一预测。 “当这颗行星排列好遥远柯伊伯带天体并创造了赛德娜这样的天体，我们就认为这真的很棒——真的是一石二鸟，”Batygin说道。“但当它的存在也能解释这些垂直的轨道时，你不仅打下了两只鸟，还意想不到地打到了一只在旁边树上的鸟。” 那么第九行星来自哪里？又怎么会出现在外太阳系呢？科学家一直认为早期太阳系起源于四个星子，它们继续吸取周围的所有气体，形成了四个气态巨行星——木星，土星，天王星，海王星。时间流逝，碰撞和弹射塑造了它们，使它们移动到现在的位置。“但没有理由认为只有四个星子，而不是5个，”Brown说。第九行星就代表那第五个星子，如果它离木星或土星太近，它就会被弹射到遥远的，偏心的轨道上。 Batygin和Brown继续细化他们的模拟，了解到关于这颗行星的轨道及其对外太阳系的影响的更多信息。同时，Brown和其他同事开始在天空中寻找第九行星。只知道行星轨道大致的样子，但不知道精确的位置。Brown说如果这颗行星恰好接近近地点，天文学家可以在以前的巡天图像中发现它。如果它在轨道中最远的部分，就需要世界最大的望远镜才能看到它，比如同在夏威夷莫纳克亚的凯克望远镜和昴星团望远镜。但是，如果第九行星在上述两种情况之外的任何地方，许多望远镜的射程都足以寻找它。 “我很想自己找到它，”Brown说。“但如果被别人找到我也会很开心。这就是我们发表这篇论文的原因。我们希望其他人也被鼓舞并开始搜寻。” 就了解更多关于太阳系其余部分的组成而言，Batygin表示从两方面来讲，这个在我们看来如此奇怪的第九行星最终会使我们的太阳系更加类似于天文学家们在其它恒星周围发现的行星系统。首先，其它类太阳恒星周围的大多数行星存在着不简单的轨道排列——有些轨道及其靠近宿主恒星，同时其他行星处在格外远的轨道上。其次，最普遍的环绕其它恒星的行星质量多在1-10倍地球质量间。 “其它行星系统中最让人吃惊的发现就是那里最普遍类型的行星，质量介于地球和海王星之间，”Batygin说。“直到现在，我们认为太阳系缺少这种最常见种类的行星。毕竟我们应该更正常。” Brown以“冥王星杀手”的身份为人所知，他在冥王星由行星降级为矮行星的过程中扮演着重要的角色。他补充道：“那些对于冥王星不再是行星感到疯狂的人会震惊地了解到还有一颗真实存在的行星，就在那里，等待着被发现。”他说：“现在我们就可以去找这颗行星，然后我们的太阳系就又会有9颗行星了。” 这篇论文的题目叫做“太阳系中一颗遥远巨行星存在的证据”。
原文：KimmFesenmaier
翻译：杨泽生
原文链接：http://www.caltech.edu/news/calt ... -ninth-planet-49523
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