寻找真实的X行星

寻找冥王星的替代者的工作已经开始。领导这项工作的天文学家是加州理工学院的迈克·布朗，他也被称为“杀死冥王星的人”。他已经在外太阳系发现了 16 颗矮行星，但说到真正的行星——质量足以使自己变成圆形、清除周围碎片并绕太阳运行的天体——只有一个新的竞争者。他们称之为行星 X。

“我们发现了外太阳系存在巨行星的证据，”布朗说。“我们所说的‘巨行星’指的是海王星大小，而我们所说的‘外太阳系’指的是比冥王星远 10 到 20 倍的行星。”

当然，布朗并不是第一个提出这种说法的人。有关 X 行星的理论已经存在了一个世纪，包括上个月在 arXiv 上发表的两种理论。到目前为止，没有一个被证实是真正的行星。但布朗有证据可以相当有力地证明他的理论是真的。在将柯伊伯带远处的六颗矮行星联系起来后，他认为他有一张藏宝图，上面有一颗巨大的红色 X 行星——这张地图他今天在《天文学杂志》上发表了。他已将这张地图公开，希望其他人能加入搜索。

一切开始的地方

2003 年，布朗和他的团队发现了一颗名为塞德娜的矮行星，它是太阳系中迄今为止发现的最远的天体。它的轨道非常椭圆，绕太阳一圈需要 10,000 年。它的近日点，即距离太阳最近的点，距离太阳 76 个天文单位（1 天文单位 = 地球与太阳之间的距离）。它距离太阳最远的地方是 937 天文单位。相比之下，冥王星距离太阳 36 天文单位。

十多年后，也就是 2014 年，科学家发现了另一颗类似塞德娜的天体，名为 2012VP113，它位于柯伊伯带之外很远的地方，也有一个偏心轨道。它的近日点是 80 个天文单位。最终，又发现了四个类似塞德娜天体，总数达到六个，它们的轨道也同样偏向一边，而且它们都恰好朝着同一个方向飞去。

但布朗感兴趣的并不是这种扫掠行为。他注意到了一种模式：所有六个物体在空间中也都排成一排。“你可以把它们想象成钟表上的不同指针，”布朗说。“它们都以不同的速度朝同一个方向移动，偶尔你抬头一看，它们都在同一个位置。”布朗说，这只是巧合的可能性不到百分之一。

呼叫支援

为了弄清楚是什么原因导致六颗矮行星保持在这个位置，布朗寻求加州理工学院专门研究太阳系动力学的理论天体物理学家康斯坦丁·巴蒂金的帮助。

巴蒂金将他的数学理论数据以及布朗的观测结果输入加州理工学院的 CITerra 超级计算机。一年来，该团队不断进行计算机模拟，并在办公室的黑板上写下复杂的汉密尔顿动力学，以测试这种排列的所有可能解释。他们得出的结论是：一定有某种巨大的东西让这六个天体保持连成一线。那个东西可能是行星 X。

“把这颗行星想象成一只狗，像牧羊一样牧养这六颗天体，”巴蒂金说。行星 X 对六颗天体的影响强大而有效，可以保持它们步调一致，就像我们的太阳保持八大行星排列一致一样。另一方面，行星 X 平均每 5 万年左右才会与这六颗天体发生一次相互作用。由于其影响力如此强大，他们计算出行星的质量需要是地球的 10 倍左右才能产生这种影响。

X行星的形成

布朗和巴特金认为 X 行星的形成方式如下：在太阳系的早期阶段，大约 40 亿年前，大型行星（包括 X 行星）仍是岩石核心。如果 X 行星的核心能够留在太阳系内部并完成其余的形成过程，它可能会积累足够的气体或冰，成为另一个像木星或海王星一样的巨行星。

但由于其他行星的大型核心在太阳系内部挤得非常紧密，没有足够的空间让它们全部发展。所以其中一个被踢了出去。“当时太阳系周围可能有一个气体星云，当它穿过气体时，它会减慢速度，使它进入这个偏心轨道，”布朗解释说。

如果确实存在这样一颗巨大而遥远的行星，那么它很可能是一个覆盖着甲烷和氮冰的岩石核心。它的轨道将是反向的，这意味着它与太阳系中其他行星的轨道相反，它绕太阳公转一圈可能需要大约 2 万年。“宇宙中没有规定说我们可以保留所有行星，”巴蒂金说。“事实证明，也许其中有一个仍然潜伏在那里。”

证据

数据仍在收集中，但理论至少在数学上是可行的。“这准确地预测了行星 X 应该在的位置，”布朗说。剩下的唯一事情就是找到它。

为了实现这一目标，该团队利用位于夏威夷莫纳克亚山上的斯巴鲁 8.2 米望远镜——地球上最强大的望远镜之一——进行了观测。它已经开始扫描天空，寻找柯伊伯带以外任何物体的移动。与此同时，该团队希望找到更多像塞德娜和 2012VP113 这样的物体，这将有助于进一步缩小行星 X 的当前位置。

他们的任务是重新夺回我们太阳系的原始成员——寻找我们真正的第九大行星。

尽管他们知道这颗行星的大致位置，但布朗和巴特金估计他们可能需要 5 到 15 年的时间才能找到它。这没关系。他们的任务是找回我们太阳系的原始成员——找到我们真正的第九颗行星。这听起来可能很大胆，但大多数可能改变我们对宇宙理解的说法通常都是大胆的。如果他们找到了它，布朗就不再是行星杀手，而是行星拯救者。

问答

这是加州理工学院一个安静的星期三。这些著名的拱形走廊曾是爱因斯坦、费曼和霍金等人的办公场所。布朗和巴特金的办公室相邻。巴特金的黑板上写着复杂的物理学知识和一张大大的便条，上面写着：“把数据给迈克！”

布朗的办公桌上有一些代币、闪亮的陨石、塞德娜的玉雕，还有其他灵感——比如他妻子和女儿的照片。

该团队本周在《天文学杂志》上发表了两篇论文，介绍了他们对这颗潜在行星的发现和理论。他们的目标是发布尽可能多的信息，以便其他天文学家和科学家能够加入搜索。

布朗和巴特金接受《大众科学》采访，探讨我们失踪已久的第九大行星的可能存在以及全球搜寻行动的开始。

您认为解决这个问题需要多长时间？

迈克·布朗：我把它带给康斯坦丁，以为他最多需要几周时间。

康斯坦丁·巴蒂金：我以为我只需一个下午就能弄清楚。

MB ：大约一年后，我们就在这里。

您认为科学界会对您的新闻作何反应？

MB ：如果你说“我们认为我们已经找到了 X 行星的证据”，任何天文学家的第一反应都是“哦，你就是那些疯子之一”。这是非常合理的反应。过去一个世纪里，关于这些事情的疯狂言论太多了，没有理由相信会有人站出来，说同样的话，他并不疯狂。不过，我认为这次我们是对的，而不是疯了。

KB ：希望我们的工作能够得到后续搜索的认可。

现在发表论文而不是自己去搜索的目的是什么？

MB ：这篇论文是供大家参考的路线图。我希望尽可能清楚地说明应该从哪里看，以及我已经从哪里看。

什么促使您想让其他人参与搜索？

MB ：我想知道答案。我需要知道答案，而不是成为发现者。别误会我的意思；如果可以选择，我很愿意成为发现者，但我只想知道它是否真的存在。

如果人们想要开始搜寻X行星，他们需要什么呢？

KB ：确保你储备了足够的咖啡和红牛。

寻找行星的动力来自哪里，特别是这颗行星？

MB：对我来说，答案就是探索；这是一件令人兴奋的事情。如果那里有什么东西，我想去找到它。你可以看看为什么这是一项有用的努力的科学原因，并写出资助提案，但我主要只是想知道那里发生了什么。而这个——在某个地方，在我们太阳系的边缘，有可能存在一颗质量为 10 个地球的行星，直到现在才有人知道——就像，“哇！”

KB ：发现有关宇宙环境的全新事物的机会并不是每天都有的，所以我很幸运有机会玩这个游戏。我也非常兴奋地想知道我们的理论计算是否得出了正确的预测。