如果太阳系中第九大行星真的存在，人类该如何才能探测到他的身影？
早些时候，以掀翻了冥王星的行星宝座（注：冥王星曾被认为是太阳系中“第九大行星”著称的迈克·布朗（Mike Brown）团队和康斯坦丁·巴蒂金（Konstantin Batygin）共同宣布了一个惊人的消息:他们发现了冥王星轨道之外存在第九颗行星的证据。
图解: 认为冥王星轨道之外可能存在的第九颗行星–一个巨大的世界。
不像其他声称存在一个远远超出已知行星轨道的大行星（行星X，复仇女神，一个巨大的冥王星，等等），这不仅仅是基于推测:这一次，有一些令人信服的证据。正如迈克·布朗自己所说:“如果你说，‘我们有关于行星X的证据’，几乎所有的天文学家都会说，‘又是这个?这些家伙显然是疯了。“我也会的。为什么会有不同呢?这次不同，因为这次我们是对的。”但他们真的是对的吗，还是这仅仅是更耸人听闻的疯狂言论?
你可能认为发现一颗新行星的最好方法就是把你的望远镜指向任何你认为可能存在的地方——或者可能是整个天空——然后把任何看起来离你很近的东西归类。毕竟，天文学史上最著名的两个天体——1781年由威廉·赫歇尔发现的天王星和1930年由克莱德·汤博发现的冥王星，就是以这种方式被发现的。虽然大多数人都不知道它们，但这与19世纪初首次发现小行星，以及从20世纪90年代开始发现冥王星（及其卫星）以外的柯伊伯带天体是一样的。
图片来源:洛厄尔天文台档案，克莱德·汤博1930年鉴定冥王星的原始图片。
之所以说这是一个很好的方法，是因为它很直接:你可以直接将它成像。此外，通过跟踪它在多幅图像上的运动，你可以将它与远处的物体区分开来;我们太阳系里的一个物体与天空中所有其他物体（恒星、星系、星云等）之间的距离足够近，移动速度也足够快，以至于很容易就能从其他物体中分辨出来。但是你越往远处看，就越难想象出这样一个物体:
- 一个物体发出的亮度随着距离的平方数的增加而减小，
- 阳光既要照到该行星，然后又要将光反射地球（我们才能用望远镜观测到），
- 即使是一个巨大的世界，比如海王星（质量是地球的近20倍），也不比地球大多少（直径甚至不到地球的四倍），这使得发现它们特别困难。
这就是为什么有另一种探测方法是如此重要的:间接的方法，通过该未知行星对我们实际上可以观测到的事物所产生的引力影响，寻找到它（该未知行星）。
图片来源:R.I.T.的迈克尔·里士满，海王星是蓝色的，天王星是绿色的，木星和土星分别是青色和橙色的。
图片来源:R.I.T.的迈克尔·里士满，海王星是蓝色的，天王星是绿色的，木星和土星分别是青色和橙色
在发现第七颗行星天王星之后，天文学家开始注意到它的一些奇怪之处。它在其轨道上并未以牛顿定律的速度在运行旋转，据观察，天王星首先是在左侧的数年间移动太快，到了中间处于预测速度，然后在右侧的时候比预计的更慢。虽然有些人认为牛顿定律是罪魁祸首，但一些天文学家和数学家指出，如果有另一个尚未被发现的外在的巨大世界对天王星提供额外的牵引力，就可以解释这种奇特的运动。勒威耶（Urbain Le Verrier）于1846年预测了这颗行星的位置，并在距预测位置不到一度的地方发现了海王星。
利用类似的技术，布朗和巴蒂金一直在观察大量长周期、高度偏心的柯伊伯带天体——太阳系中迄今为止发现的绕轨道最远的天体，比如赛德娜（Sedna）——并发现了关于它们运动的一些非常、非常奇特的东西。
图片来源：K.Batygin和M.E.Brown Astronom。J、 15122（2016年）。这是他们论文中的图2；包括标题。
你注意到所有的“灰色”点了吗
（柯伊伯带附近的物体是什么）到处都是?这意味着它们的轨道似乎不是来自天空中任何特定的地方或来源。但是你是否注意到这些更遥远的——上图中的“红色”——它们都出现在黄道经度的狭窄范围内?这几乎不可能是偶然的:如果你有六个随机的物体，发现它们都是这样排列的，那么让它们如此紧密地聚集在一起的几率大约只有1 / 140。
但是它们也聚集在黄道纬度上，从图上看不太明显，这意味着它们的角度与太阳系中行星非常相似。这种可能性也很小:大约是百分之一。结合来看，这六个对象现有这些属性的几率只是偶然的机会只有0.007%，或统计学上的3.8σ的显著水平。现在的问题是为什么?为什么这些天体像这样聚集在一起?布朗和巴蒂金认为，很可能是什么东西使这些天体具有类似的性质:一颗质量是地球几倍的巨大行星——也许接近海王星的质量——位于距冥王星轨道数百倍的地日距离之外。
图片来源:康斯坦丁·巴特金和布朗。J. 151， 22 （2016）， E. Siegel修改/补充。
然而，我们有很多理由怀疑，这是不是对宇宙万物最好的解释。虽然会超级惊人和讽刺，如果这个人掀翻了冥王星的行星宝座，那么这个人实际上是发现了太阳系的“真正”的第九行星，如果太阳系中真的有一个迄今为止高度倾斜、高度偏心的世界轨道，会导致很多后果。它们包括:
1.柯伊伯带的一群相对排列的天体，它们的周期很长:与我们发现的6个天体的黄道纬度和经度相反。
2.柯伊伯带中大量的高倾斜天体，其运行轨道与大多数天体呈中-长周期、可能呈逆行（反方向）轨道。
3.一个附属但尚未发现的机制，以保持发现对象的半长轴聚集在150-250 a.u（日地平均距离）或者是一群与赛德娜相似的天体，它们的半长轴甚至更大。
第一个没有发现这样的天体;第二颗已经有好几年了（但是现在已经有四颗了;这可能是真的），第三个没有机制，也没有属于这一类的天体。
WISE望远镜发现的一颗附近的恒星。WISE望远镜是一种中波长红外探测器，覆盖了整个天空。图片来源:DSS / NASA /加州理工学院-喷气推进实验室。
WISE望远镜发现的一颗附近的恒星。WISE（广域红外探测器）望远镜是一种中波长红外探测器，覆盖了整个天空。图片来源:DSS / NASA /加州理工学院-喷气推进实验室。
然而，这可能并不是一个消极的想法。迈克·布朗说：“我们正试图预测尚未发现的事物，正是我们为建立一个良好的理论而做的工作。我们也可以预测已经发现的事物，但这并不令人印象深刻。”
此外，这颗巨大的行星——即使是地球和太阳距离的数百倍——也不会反射阳光，而是会在红外辐射中散发热量。美国宇航局在本世纪初有发射一颗卫星，广域红外探测器（wise），用红外测量了整个天空。虽然它在我们的太阳系中发现了数千个天体，但没有一个表明冥王星轨道外存在一个巨大的行星。事实上，若存在像土星一样大的物体（或者像木星一样大的物体），他的距离是地球到太阳距离的几千倍。理论上，像海王星（或更小的）这样的天体可能存在；这个模型的预测在WISE探测到的最长波长范围内是正确的。（事实上，海王星本身在WISE数据中几乎看不见。）如果幸运的话，使用同一颗卫星–近地天体广角红外探测器（NEOWISE）的后续任务就有可能找到这样一个行星世界。
模拟遥远行星（M = 10 M⊕，a = 700 AU， e = 0.6）对KBOs（库伯带天体）的影响; KBOs（库伯带天体）的近日点位置，存在着一个距离250AU（日地平均距离）的星团绕该行星的近日点约180°对该行星进行干扰。更透明的点不易被观察到。（2016，巴特金 & 布朗）
令人惊奇的是，这些外太阳系的小星球竟然排列得如此特别。更令人惊讶的是，唯一的解释，一个比地球更大的行星（意指真正的第九大行星）如果被探测到，可以解释所有的一切。但是，在这种情况下，没有令人信服的证据证明另外两类应该存在于该种场景的天体能够存在，而且这些天体的理论成因——第九大行星——根本没有被发现，这是一个很大的缺陷。“我们对太阳系的了解没有一处是完整的，”迈克·布朗补充道。“我们将继续发现更多（像赛德纳一样的天体）。我们的预测是，他们将继续被发现。”
这种可能性是迷人的，不像之前的“第九颗行星”的新闻，这次确实有一些好的证据。但证据是否足以让人相信它呢?不完全;还没有。如果像凯克和斯巴鲁这样的望远镜、NEOWISE这样的任务或者未来的“地或空”项目顺利的话，那么我们就需要找到真正的第九大行星。你可以在这里继续了解九号行星的搜索情况。在此之前，请保持怀疑，因为到目前为止，对于我们所看到的一切，很可能有一个更为通俗的解释，而更多的证据将为我们指明方向。
参考资料
2.天文学名词
3. forbes-凡晨
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