美国科学家宣布 在太阳系发现了“第九大行星”

  观察者网


     美国科学家周三宣布，在太阳系发现了“第九大行星”。一石激起千层浪，引发科学界不少质疑。

　　美国国家航空航天局首席科学家在接受BBC采访时表示，开普勒望远镜鉴别出5000多颗类似超级地球的行星，但是没有一颗大小介于地球和海王星之间。

　　发现了柯伊伯带的行星科学家戴夫·朱伊特（Dave Jewitt）则指出，这颗行星的存在在统计显著性上达到了3.8个标准差，虽然够得上需要严肃对待的标准，却还达不到诸如粒子物理学领域所要求的5个标准差的水平。美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的朱伊特也担心，他见过太多3个标准差的结果后来都消失不见了。

　　NASA的广域红外巡天探测者（WISE）则已经排除了距离太阳10000天文单位以内比土星更大的行星存在的可能性，只给这颗更小的“9号行星”留下一丝希望。

　　完成这一发现的天文学家之一迈克·布朗，正是将冥王星逐出行星队伍的“杀手”，也曾误将自己发现的阋神星视为太阳系第十大行星。这一次，是什么又鼓起了他的勇气，唤起了他的希望？著名的《纽约客》杂志在第一时间刊登了高级编辑阿兰·柏狄克（Alan Burdick）的报道，讲述了这个故事。】


　　几年前，迈克·布朗（Mike Brown）发现了太阳系的第十个行星。那是在2005年，这位加州理工学院的天文学家发现了一个被正式命名为阋神星（Eris）的天体（他更喜欢Xena这个昵称）。阋神星和冥王星一样大，它围绕太阳的距离则是冥王星的三倍，当时冥王星还被认为是行星。但阋神星的存在提出了棘手的问题，如：什么才是真正的行星？如果阋神星是行星，为什么其它围绕太阳运转的小天体不是？最终，国际天文学联合会将阋神星归为矮行星——“不完全是行星”的一个婉转说法——而在布朗的促使下，冥王星也被降级了。太阳系目前只剩下八大行星，而不是十个。布朗仍然会收到想念有九大行星的人们寄来的信件，乃至深夜骚扰电话，但他并不后悔。2010年，他写了一本书叫《我是怎么杀了冥王星的，为什么这是它自找的》。上周，他告诉我，“十年前，当这一切发生，人们会说：‘是否还有其它的行星？’我会说：‘不会，就是这样，只有八大行星，我们将永远不会有更多。’”

　　　　布朗现在认为他错了。1月20日，在《天文学杂志》，布朗和他的同事巴蒂金（Konstantin Batygin）发表了一篇题为《太阳系一颗遥远的巨型行星的证据》的论文，其中他们提出了令人信服的理由，说明第九大行星确实存在。他们没有直接观测到它，只是根据少数遥远的天体受到其引力的影响，推断出它的存在。在一年的观测、计算和计算机模拟后，布朗和巴蒂金写道：“我们揭示了一个遥远的、偏心轨道上的干扰者的存在。”

　　据他们确定，这个干扰者的质量是地球的10倍，大约海王星质量的一半，而且确实很遥远。它运行在一个椭圆轨道上，而距离太阳不少于250天文单位（1个天文单位是地球到太阳的距离，木星到太阳的距离大约是5个天文单位，冥王星到太阳则是近40个天文单位）。在远日点，这颗新行星大概有600-1200天文单位那么远。它要花12000-20000年才能绕太阳一圈。这是一颗巨大的冰星，孤独的流浪者和太阳系外围的引力霸主，布朗和巴蒂金称它为第九行星，约沙王（犹太国王）和乔治。“实际上我们彼此谈论时会叫它胖子”，布朗说。

　　布朗承认，天文学的历史上充斥着虚假的希望。法国数学家勒威耶正确预测了海王星的存在，在1846年，他还预测太阳和水星之间运行着一颗行星，他称之为火神，最后被证明并不存在。每隔几年，就有人宣布X行星的发现，如某个大型天体，被伽利略和他四个世纪的后人们错过。“如果有人只是拿起报纸读了一下标题，第一反应会是，天啊，这些人疯了，”布朗谈到他和巴蒂金的发现时表示，“但如果有人再看着证据，他们就很难不同意证据就在那里。”

　　加州大学圣克鲁兹分校的天文学家格雷格·劳克林（Greg Laughlin）是少数提前知道这篇论文的人，他说：“这是一个非常坚实的动力学分析，这是一流的。如果是别人这么声明，你不得不打个折扣，最多1%的可能是真的。但这是迈克·布朗的组合，他有相当扎实的观测能力，而巴蒂金是理论天才，如果它确实在那里，那么他们已经发现了它。”《天文学杂志》的审稿人，法国天文学家和行星科学家亚历山德罗·莫比德利（Alessandro Morbidelli）则说：“本文首次给出了存在另一颗行星的确凿证据。”

　　第九大行星的可能性扩展了近几十年来我们关于太阳系的知识。1992年，天文学家观测到柯伊伯带的第一个证据，它含有至少1000个冰冷天体，绕太阳运行的距离为30-50个天文单位。同年，天体物理学家开始计划前往冥王星（技术上说，本身也是一个柯伊伯带成员）的任务，宇宙飞船最终被称为“新视野号”，去年7月到达目的地。冥王星与其说是终点，不如说是开始。在此期间，布朗和他的同事乍得·特鲁希略（Chad Trujillo）和大卫·拉比诺维茨（David Rabinowitz）发现了“赛德娜”（Sedna），柯伊伯带外一个有偏心轨道的小型冰冷天体，距离太阳不少于76个天文单位（译者注：赛德娜是太阳系内目前已知的距离太阳最遥远的矮行星），其远日点则浪迹在超过900个天文单位那么遥远。“我们对赛德娜的发现是第一个线索。”布朗说，“这是第一个不太符合任何现有类别的天体。”

　　赛德娜通常被认为是一个极端的柯伊伯带天体，尽管布朗也把它放在奥尔特云（Oort Cloud），这是太阳系中另一个冰物质碎片的蓄水池，被认为占据了太阳系的最边缘。其它几个类似的天体后来也出现了，如2012 VP113，这是特鲁希略（Trujillo）和同事斯科特·谢泼德（Scott Shepard）两年前发现的（他们取的绰号是“拜登”），这些花了他们许多时间的天体如此遥远，只有少数在我们的一生中可以被看见。在这些已经被看到的天体中，引人注目的是它们的轨道排列是如此紧密。绘制太阳系时，你可能会从顶部查看下来，也就是垂直于黄道——行星轨道所在的平面。海王星和它轨道内的所有行星都在一个小圈内，赛德娜和其它极端柯伊伯带天体散开在一边，它们的近日点重叠在一起。

从侧面查看太阳系就很明显，塞德娜及其同族分享自己的黄道，倾斜一个奇怪的角度，与主黄道交叉。在他们2014年的论文中，特鲁希略和谢泼德指出，这些天体的相似轨道暗示“可能是一个未知的大质量的干扰体带领这些天体进入这些类似的轨道结构。”

　　行星的定义中有一个内在属性，就是它们有足够的质量和重力来影响太阳系中的其它天体。当布朗和巴蒂金开始更细致地关注赛德娜、2012 VP113等组成的队列，他们也开始思考其背后有一种更大的力在组织运作。“我们开始挠头，”布朗说。“在一年半的长期反复分析后，我们意识到了唯一可能的答案，存在着一颗巨型行星刻画了这些天体的轨道，迫使这些天体到了一个特别的位置。这颗巨型行星在太阳系非常遥远的地方。”如果随机发生，这些天体聚成这样的队列的概率只有0.007%。“这可不是一个好的*注。”巴蒂金说。（译者注：但布朗和巴蒂金把分析的对象从特鲁希略和谢泼德的十几颗缩减为6颗，令怀疑者担心他们的结果。）

　　起初，他们设想有一颗行星的轨道围绕赛德娜等天体队列，就像羊群的牧羊人。（天文学家把这个模型称为“非周期性扰动理论”。）但计算机模拟清楚地表明，那样的安排不能解释观测数据。“我们几乎放弃了，”巴蒂金说。他们转而提出了干涉性更强的原动力：一颗巨星行星位于一个偏心轨道上，与这些天体的轨道交叉但以相反方向远离它们运行。但这样的安排似乎也太奇特，不太可能。但这允许这样一种预测：如果确实存在一颗行星有他们所计算的轨道和尺寸，应该有一小类柯伊伯带天体在它的路径已经倾斜，通过对哈佛大学小行星中心的数据快速搜索，他们发现，结果准确显示这些天体就位于它们应该在的地方。

　　“我根本没想到，我们能在5分钟内就作出并确证我们的预测。”布朗说，“这是属于我的时刻，当我思考完之后，我感到这是一个有趣的项目，太厉害了，这可能是真的，想一想，我的天，我真的发现了一个遥远的偏心轨道上的引力扰动者，第九大行星真的在那里。”

　　我问布朗，用行星这个词称呼它是否正确。“它是行星，几乎没有疑问。”他说，“我们现在所谓的行星，是用引力支配它们的邻居的那类天体，而冥王星只是被海王星重力支配的奴隶。依地位，这个“9号行星”比太阳系任何已知行星都要支配更多天体，也正是因此，我们可以推断出它的存在。所以，我们确定这不是一个小的天体，质量至少比地球大10倍，比冥王星大5000倍。在许多方面，你可以说，它比太阳系任何天体都更有资格作为行星。”

　　布朗和巴蒂金强烈怀疑“9号行星”是太阳系早期的遗物。起初，在40多亿年前，我们的太阳是周边诸多恒星托儿所中孵化的一个，是尘埃和气体组成的星云。最终，除了太阳，所有的恒星都走丢，当第一批行星——木星、土星、天王星和海王星渐渐形成，星云的残渣留了下来。起初，这些行星是由冰和岩石构成内核，也许是地球10倍的质量，但木星和土星迅速发展成气态巨行星。而可能不止这四颗，现在发现的“9号行星”也许就是失败的一颗，也许它在早期过于靠近其它的行星，而被它们的引力扔到了太阳系遥远处。“如果它存在，它几乎可以肯定是木星、土星、天王星和海王星四大组合的第五个成员。”劳克林说。

　　像“9号行星”这样的冰巨星在银河系普遍存在，缺乏这样的存在，我们的太阳系已经显得异常，布朗和巴蒂金的发现改变了这一点。“宇宙中最常见的那类行星我们一无所知，因为我们的太阳系中没有。”布朗说。“现在我们有了一颗，只是我们还不了解它。”劳克林说，“如果这是真的，那是一件大事。因为这是一个和我们靠近直接观察到的完全不同的世界，但却是银河系经常产生、很有代表性的类型。”

　　当然，还没有人看到它。“我确实认为它会被发现，我希望是5年内。”布朗说，“无论它的轨道在哪里，都在地球上望远镜的观测范围内。”如果“9号行星”在近日点附近，许多业余望远镜都能隐约看见，很可能目前为止已经被看到过了。而在远日点，只有一两个望远镜能看到它，如位于夏威夷岛莫纳克亚山的昴星团望远镜。发布论文的原因之一，据布朗说，就是为了加速对它的发现。“我们给大家一个藏宝图，并说‘看这里’，我想会有很多人来搜索。让我有点难过的是，我们亲自找到它的概率并不高。我真的很想发现它，同时，我真想看到它，亲自确认它在那里。”

　　布朗告诉我，最愉快的事情之一，就是他和巴蒂金在这个项目上的合作。游荡到对方的办公室，写方程式、画图、模拟运算，建立了理论和观测的联系。“这是很热烈的，很令人愉快，”他说，“有时他去了别的地方，我坐在我的办公室会想，他什么时候会进来？他什么时候会进来？然后他就进来了。如果我去他办公室，他也会如此期待。我想，我们的努力最后都奏效了，我们最后发现了。”　

　　在发现第九大行星的新闻公告前一天，劳克林告诉我，他感到紧张。“我担心它是否真在那里，”他说，“今天早上，我手头上的任务遇到了些麻烦，我陷入了一种思索，这个太阳系外围巨大、寒冷的天体或许存在，也或许不存在，”他补充说，“我相信有68.3%的概率它在那里，这个貌似可信又似是而非的可能，完美得令人沮丧，这一种对可能性的强烈意识，也是转而面对神秘的未知。”难道我们不是都被某个遥远的、偏心轨道上的干扰者所吸引吗？给它一个名字吧：上帝、数学、父母、孩子、对真理的追寻、和平或美。“我们没看到它，”布朗说起“9号行星”，“但我们能感受到它。”　　（翻译：龙科多）

不可思议

言过其实

好人必有好报

走投无路