這顆謎星存在與否或許很快將會揭曉
十年前，天文學家史考特·謝帕德（Scott Sheppard）和查德·特魯希略（Chad Trujillo）提出了一個假說：在海王星之外存在一顆大型行星。自那時起，已有數十篇論文發表，支持與反對的論點交鋒，引發了天文學界與公眾的熱烈討論。如果這顆行星被發現，其存在將對太陽系的誕生與遠軌道的成因提出新的疑問。此外，這顆行星也可以解釋那些極端海王星外天體（extreme trans-Neptunian objects, ETNOs）的軌道行為，這些軌道無法用海王星的引力來解釋，也是最初啟發假說的因素。
天文學家在1846年首次直接觀測到海王星，它的存在先前便已經被預測。科學家後來開始懷疑是否存在一顆更遙遠的行星在影響天王星和海王星的軌道。1880年，天文學家喬治·福布斯（George Forbes）首次正式提出海王星外行星的存在。近150年後的今日，這一假設可能會在智利即將啟用的維拉·魯賓天文台（Vera C. Rubin Observatory）得到驗證，該天文台預計明年開始運行。
六顆極端海王星外天體的軌道（用洋紅色呈現）都朝向同一方向，可能暗示著第九行星的存在（其軌道用橙色呈現）。
（圖片來源：Caltech/R. Hurt/IPAC；圖表製作：WorldWide Telescope。）
十三顆極端海王星外天體，各個軌道半長軸都有至少150天文單位，讓卡內基科學研究所（Carnegie Institution for Science）的謝帕德和北亞歷桑納大學的特魯希略感到十分有興趣。這些天體的長橢圓形繞日軌道距離海王星過於遙遠，以至於不可能受其引力的影響。兩人猜想：可能有另一顆行星在拉動這些軌道。
這一謎團讓加州理工學院的天文學家康斯坦丁·巴特金（Konstantin Batygin）和麥克·布朗（Michael Brown）決心進一步研究。他們於2016年發表的研究表明，在十三顆ETNOs中，有六顆的軌道在空間中指向同一方向，並且相較於太陽系平面向下傾斜約三十度。他們計算出這些行為隨機發生的機率僅為0.007%。經過測試與模型微調後，巴特金與布朗支持有一顆行星正在引導ETNOs的觀點，並將這個假設性星體命名為第九行星（Planet Nine）。（參見布朗發表的短篇研究： Physics Today, 2019年三月, 70頁）
他們的模型估計該行星質量為地球的五至十倍，位於太陽外圍的古柏帶（ Kuiper belt），距太陽四百至八百天文單位。由於體積小且距離遙遠，該行星反射的光線極少，因此難以探測。
現有證據
天文學界對第九行星的看法仍有分歧。美國科羅拉多州西南研究所（Southwest Research Institute）的天文學家大衛·內斯沃尼（David Nesvorny）表示，起初他持懷疑態度，但後來發現：「除了第九行星，沒有其他理論能解釋這些現象。」他認為，第九行星可能解釋了一些古柏帶天體的逆行運動以及ETNOs的軌道聚集現象。此外，透過太陽系模擬，他還發現第九行星可能是某些星體從遠在古柏帶邊陲的歐特雲（Oort cloud）進入海王星內側軌道的原因。
然而，加拿大雷吉大學（University of Regina）的天文學家莎曼珊·勞勒（Samantha Lawler）對此持懷疑態度。她表示：「我們需要格外小心，因為我認為ETNOs的觀測存在明顯的偏誤。」由於這些天體距離遙遠且反光性極低，它們只能在靠近太陽並處於特定天區時被觀測到。勞勒參與了外太陽系起源調查（Outer Solar System Origins Survey），這個計畫觀測到許多長近日點距離的ETNOs。根據2017年發表在《天文學期刊》（Astronomical Journal）的研究，加入這些新觀測到的ETNOs之後，軌道聚集的現象顯得薄弱。
位於智利的維拉·魯賓天文台將從2025年開始，於接下來的十年間拍攝南半球天空的影像。該天文台預計能觀測到約100億個天體，並有望偵測到第九行星——如果它真的存在的話。（圖片來源：OLIVIER BONIN/SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY）
有些人將ETNO的軌道現象歸因於暗物質的影響，或是對重力原理的誤解，但勞勒認為這兩種理論對於目前的現象來說都是「非常複雜的解釋」。
來自夏威夷大學的天文學家大衛·索倫（David Tholen） 說，關於第九行星是否存在的問題，他的立場處於「灰色地帶」。他指出，天文學家使用不同組的 ETNOs 來測量聚集與指向現象。由於「用來篩選天體的標準是任意選擇的」，因此他需要更多數據才能支持或否定該假設。史密森天體物理學家暨哈佛大學講師馬修·霍曼（Matthew Holman）則表示，「目前的證據並沒有明顯偏向任何一方。」不過，他補充說，第九行星的可能性足夠吸引人，值得投入研究時間。
今年四月，巴特金和布朗兩人公布了更多支持第九行星存在的證據。他們的研究聚焦於一組新的低傾角海王星外天體，其軌道延伸至海王星軌道內。根據研究，這些天體只有在另一顆行星將它們彈射進內太陽系的情況下，才能出現在那裡。一顆行星的存在也可以解釋這些天體如何被拉入太陽系內，以及它們的軌道是如何形成。
第九行星的追尋者目前將目光聚焦在魯賓天文台。該天文台擁有一台8.4公尺口徑的望遠鏡，以及天文研究史上最大的相機。這台相機將在接下來的十年間，每晚掃描南半球的天空，預計能觀測到約一百億個天體。第九行星的預估亮度和距離符合該天文台的能力範圍。布朗說：「如果我們發現某個天體在大約五百到六百天文單位的距離移動，那就會是第九行星」。如果魯賓天文台在未來幾年內未能找到第九行星，他補充道，「那我們將嘗試使用電波望遠鏡。」
本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, Aug. 2024雜誌內 (Physics Today 77 (11), 22–23 (2024); https://doi.org/10.1063/pt.rtmi.ithf )。原文作者：Hannah H. Means。中文編譯：林祉均。
Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates Physics Today (American Institute of Physics) authorizing Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Hannah H. Means and was published in (Physics Today 77 (11), 22–23 (2024); https://doi.org/10.1063/pt.rtmi.ithf).The article in Mandarin is translated and edited by J.R Lin.
