思源

在探尋系外行星方面，人類已經(jīng)展示出了驚人的技能。自1992年第一顆圍繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的系外行星被發(fā)現(xiàn)以來，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了3924顆系外行星，它們分布在近3000個(gè)不同的星系中。在搜索行星的過程中，我們發(fā)現(xiàn)星系中的行星比海灘上的沙粒更加常見。隨著各種太空望遠(yuǎn)鏡加入，找到一顆行星似乎十分容易，尤其是當(dāng)天文學(xué)家已經(jīng)預(yù)測出一顆行星可能的位置時(shí)。

不過，在2016年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽系柯伊伯帶中6顆天體的異常運(yùn)行軌道，即這6顆天體雖然以不同速率運(yùn)轉(zhuǎn)，但其運(yùn)行軌道卻擁有相同的傾角，且軌道近日點(diǎn)與太陽的距離接近，美國加州理工大學(xué)的兩位天文學(xué)家提出，很可能是一顆未知行星在背后默默地發(fā)揮著引力的影響，造成了這種現(xiàn)象，因?yàn)樵谧匀粭l件下，碰巧出現(xiàn)這一情況的幾率微乎其微。所以天文學(xué)家推測，太陽系很可能有第九大行星。

并且天文學(xué)家們還推測出了行星九的一些特征，比如，它的位置在海王星和冥王星的外側(cè);它的運(yùn)行軌道有著極高的偏心率（橢圓）;它的質(zhì)量大約是地球質(zhì)量的10倍;由于軌道太遠(yuǎn)，它繞太陽公轉(zhuǎn)一周需要的時(shí)間在1萬到2萬年之間等。但遺憾的是，這只是天文學(xué)家的推測，實(shí)際上我們并沒有找到這第九位兄弟。

那么，既然我們都能找到數(shù)以千計(jì)的系外行星，為什么我們會(huì)看不到“眼皮子底下”的行星中的老九呢？找到這顆行星到底有多難？

發(fā)現(xiàn)太陽系新天體的困難原因主要?dú)w結(jié)于四個(gè)因素：角直徑，視星等，相對(duì)運(yùn)動(dòng)和軌道特性。下面，我們分別從這四個(gè)角度一起來了解一下吧！

1、角直徑

——從地球上看天體有多大

首先說角直徑。角直徑是以角度為測量天體的一個(gè)單位，簡單說來就是觀測者從地球上看到的天體大小。角直徑與天體的大小和離地球的距離有關(guān)，在角直徑相同的情況下，距離越遠(yuǎn)的天體，就越大。同樣，在距離相同的情況下，天體大，角直徑就大。

行星九的角直徑有幾個(gè)不同的可能性。首先，雖然天文學(xué)家對(duì)于行星九的質(zhì)量已經(jīng)做出了較為準(zhǔn)確的估計(jì)，但行星九可能是一個(gè)緊湊的巖石行星，也可能是一個(gè)氣體行星，類似于迷你海王星或天王星，不同的情況會(huì)造成角直徑不同。天文學(xué)家預(yù)測行星九的直徑在地球直徑的2倍到4倍之間，在判斷行星九的角直徑時(shí)，這是一個(gè)值得注意的差異。

另外，行星九的運(yùn)行軌道是橢圓形的。據(jù)估計(jì)，行星九遠(yuǎn)日點(diǎn)為1200AU（天文單位即地日平均距離），近日點(diǎn)為200AU。在我們看來，行星九在近日點(diǎn)的體積會(huì)是遠(yuǎn)日點(diǎn)的6倍。因?yàn)樘煳膶W(xué)家目前不知道行星九在運(yùn)行軌道上的位置，也無法確定它的真實(shí)直徑，所以這無疑會(huì)增加探測行星九的難度。

如果我們將所有情況考慮在內(nèi)，行星九的平均角直徑實(shí)際上與冥王星類似（冥王星角直徑為0.065″-0.115″）。不過，由于它實(shí)在是太遠(yuǎn)了，即使行星九是一顆氣體行星（即直徑很大），它在哈勃望遠(yuǎn)鏡輸出的圖像上也是很小很小的。不過，如果它足夠明亮的話，行星九仍有可能被證實(shí)。

2、視星等

——從地球上看天體有多亮

視星等是天文學(xué)上衡量天體明暗程度的一種方法，指觀測者用肉眼所看到的星體亮度。視星等的大小可以取負(fù)數(shù)，數(shù)值越小亮度越高，反之越暗。它既與星體的發(fā)光能力有關(guān)，也與距地球的遠(yuǎn)近有關(guān)。

對(duì)天文學(xué)家來說，發(fā)現(xiàn)恒星比較簡單，因?yàn)楹阈潜旧戆l(fā)光，它們發(fā)出的光會(huì)直接傳播到望遠(yuǎn)鏡中，供我們觀察。但對(duì)于行星來說，這個(gè)過程就難了一些。由于行星是反射恒星的光，但恒星發(fā)出的光在太空中傳播時(shí)，強(qiáng)度會(huì)隨著距離呈指數(shù)遞減，當(dāng)這些光到達(dá)遙遠(yuǎn)的行星時(shí)，它的強(qiáng)度已經(jīng)大大減弱。然后，行星的大氣層吸收了其中的一小部分光，其余的光才反射回太空。而這些反射光的強(qiáng)度也會(huì)隨著距離呈指數(shù)遞減。所以，行星的光線到達(dá)地球時(shí)就更弱了。

舉例來說，海王星的平均視星等相當(dāng)于從上海東方明珠觀看北京長城上的一顆白熾燈的光亮度（忽略地形），而冥王星的亮度只有海王星的八百分之一，而行星九比冥王星還要遠(yuǎn)得多。

假設(shè)行星九的直徑是太陽的4倍，并且處于近日點(diǎn)，它的亮度仍只有冥王星的幾分之一。在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，它的亮度只有冥王星的一萬五千分之一。這意味著，即使我們有幸在哈勃的鏡頭中捕捉到行星九，它也會(huì)被淹沒在充滿光亮的宇宙背景中。

不過，由于氣體行星的內(nèi)部受引力作用，內(nèi)核受到壓縮，它們會(huì)發(fā)生熱輻射。目前，除了天王星沒有顯示出任何的內(nèi)熱以外，太陽系中大多數(shù)的氣體行星在紅外光譜中的亮度實(shí)際上是可見光光譜的幾倍。因此，使用相應(yīng)的紅外望遠(yuǎn)鏡會(huì)更容易看到它們。如果行星九是巨大的氣體行星，而且能夠顯示它的內(nèi)熱，發(fā)現(xiàn)行星九的可能性將會(huì)增大許多。

3、相對(duì)運(yùn)動(dòng)

——天體離開地球的速度

觀察遙遠(yuǎn)的天體移動(dòng)是一項(xiàng)冗長乏味的任務(wù)，行動(dòng)遲緩的冥王星在宇宙中運(yùn)行了3到4分鐘，但看上去，它在哈勃望遠(yuǎn)鏡輸出的圖像上才移動(dòng)了1個(gè)像素。由于冥王星在哈勃成像上大約占2.4個(gè)像素，如果科學(xué)家們想要驗(yàn)證它的運(yùn)動(dòng)，必須相隔每8分鐘以上的時(shí)間拍攝兩張照片，以此了解冥王星確實(shí)是一個(gè)移動(dòng)的太陽系天體。

雖然行星九的角直徑與冥王星類似，但是它的移動(dòng)速度會(huì)慢很多。即使是在它移動(dòng)速度最快的時(shí)候（近日點(diǎn)），我們?nèi)孕枰獛讉€(gè)小時(shí)才能發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)移動(dòng)的物體;在遠(yuǎn)日點(diǎn)，這可能需要超過一天的時(shí)間。

4、軌道特性

——天體出現(xiàn)在天空中的位置

找到行星九的最后一個(gè)障礙是它特殊的軌道。當(dāng)尋找新的太陽系天體時(shí)，科學(xué)家們傾向于在太陽系的黃道面附近觀測，大多數(shù)圍繞太陽運(yùn)行的天體都是在這個(gè)平面上下幾度的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，例如冥王星。冥王星軌道面相對(duì)于黃道面的傾角很大（約17度），它的公轉(zhuǎn)周期為248年，因此大約100多年的時(shí)間，它才會(huì)運(yùn)行到黃道面附近。但是，在天文學(xué)家搜尋它的那天，它正好就在這個(gè)平面附近，這樣，人們才偶然發(fā)現(xiàn)了它。

根據(jù)天文學(xué)家的預(yù)測，行星九的軌道也與黃道面成一定角度，而且它的公轉(zhuǎn)周期很可能超過1.8萬年，這使得它接近黃道面的可能性極小，基本排除了天文學(xué)家偶然發(fā)現(xiàn)它的可能。

基于這些因素，我們還沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)神秘的星球，可能是因?yàn)槲覀儧]有在適宜的位置觀察它，又或者是因?yàn)槲覀兛吹搅怂?，卻錯(cuò)過了它。不過，隨著觀測技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，也許我們最終會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽系的第九大行星，再次改寫太陽系的歷史。