超級地球：「第九大行星」存在嗎？

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A Place Among The Stars Hans Zimmer - Interstellar (Original Motion Picture Soundtrack)

利維坦按：我們所說的「超級地球」，一般是指一種繞行恆星公轉，因質量約為地球的二點五到十倍，被歸類在溫度較熱且較無冰層覆蓋的類海王星與體積大小近似地球之行星中間的星體。和去年底發現的Wolf 1061c（圍繞紅矮星Wolf 1061旋轉的三顆行星之一）不同，加利福尼亞理工學院最近宣布發現的一個新行星，卻是一個截然不同的話題——因為其所描述的行星並不圍繞遠距離恆星旋轉，而且，它在太陽系內。

文/Michael D. Lemonick

譯/xaviera 、郭斯塔

校對/小趙

原文/www.scientificamerican.com/article/strong-evidence-suggests-a-super-earth-lies-beyond-pluto1/

天文學家發現，一些引人注目的證據表明，在黑暗的柯伊伯帶也許存在著一個巨大的、前所未見的世界【譯者註：柯伊伯帶是太陽系在海王星軌道（距離太陽約30天文單位）外黃道面附近、天體密集的中空圓盤狀區域。柯伊伯帶的假說最初是由愛爾蘭裔天文學家艾吉沃斯提出，傑拉德·柯伊伯發展了該觀點。】

藝術家呈現出的第九大行星可能的樣子。加利福利亞理工學院/R·胡特

「發現新行星」這樣的新聞標題激動人心的程度，就好像看見「有人被狗咬了」一樣，也就是說，並不讓人感興趣。多虧了開普勒太空任務，在過去二十年間，天文學家辨認出了大約2000個繞恆星運動的行星，有的距地球數十甚至上百光年遠。總的來說，這些發現在科學層面上講非常重要，但是現在已經有了這麼多識別到的行星，再多識別到一個好像也不是什麼大不了的事。但是加利福尼亞理工學院今天宣布發現的一個新行星卻是一個截然不同的話題，因為其所描述的行星並不圍繞遠距離恆星旋轉。它處在太陽系之中——而太陽系是一個你覺得目前已經被我們探究了很多的地方。

顯然並不是這樣：在《天文學雜誌》上發表的一篇分析報告里，加州理工學院的行星科學家康斯坦丁·巴蒂金和麥克·布朗稱，他們所提出的是證明一個巨大的、未被發現的行星存在的有力間接證據，這個行星也許有地球的十倍大，在離冥王星軌道更遠的太陽系外圍的黑暗中運行。科學家們通過少數能觀測到的小型星體中，一部分的運行軌道產生的異常，才推斷出它的存在。「我很久沒有為一件事這麼激動過了，」格雷格·勞克林說道。他是在聖克魯茲的加州大學研究行星形成和動態的專家，他沒有參與這次研究。

這個暫時被研究人員命名為「第九大行星」的星體，距離太陽大約305億公里，是冥王星到太陽平均距離的5倍。作者表示，它除了體積龐大以外，還非常的昏暗，也難怪至今還沒有人觀測到它。

前提是如果它真的存在的話。「很遺憾，」據布朗說，「我們目前沒有具體探測到它的存在。」但是現在的證據充足到其他專家們也開始重視起來。「我認為這非常有說服力，」夏威夷雙子星天文台的專家查德·特魯希略說。在位於科羅拉多州博爾德的美國西南研究院里，一位太陽系理論家大衛·內斯沃爾尼同樣表示非常佩服。「他們非常優秀，」他說，「他們做得特別好。」

奇怪的軌道

「近日點幅角」（argument of perihelion）

巴蒂金和布朗並不是最開始論證在太陽系中還有一個行星的科學家。在2014年，卡內基科學研究所的特魯希略和斯科特·謝潑德在《自然》中提到了他們所發現的一個更小的星體，叫做2012 VP113，它和少量之前被識別的星體處於外太陽系的同一個軌道，表明也許在那裡真的有行星的存在。證據在於它們運行的軌道上，尤其是在一個叫做「近日點幅角」的模糊參數上，該參數用來描述一個星體到太陽最接近點的時間和它穿過太陽系的平面的時間之間的關係。特魯希略和謝潑德識別的天體都有著相似到不可思議的近日點參數，這也許意味著它們被同一個前所未見的行星的引力吸引著。「我們注意到一些奇怪的事，」特魯希略說，「我們還說"有人應該進行進一步的探索』。」（《科學美國人》隸屬於《自然》出版集團。）

2012 VP113，它和少量之前被識別的星體處於外太陽系的同一個軌道，表明也許在那裡真的有行星的存在。

一些研究小組確實這樣做了，並且他們同意一個隱藏的行星這一說法是可信的，但是仍然有待進一步探究（詳情參看最近一期《科學美國人》中「對X星球的研究」一文：www.scientificamerican.com/article/hidden-planet-x-could-orbit-in-outer-solar-system/）。然而新的分析報告使這個推斷更加引人矚目。用巴蒂金的話說，相似的近日點參數結果「僅僅是冰山一角」。

巴蒂金說，他和布朗所做的第一件事，就是重新分析了特魯希略和謝潑德的數據。「我們注意到，」他說，「這幾個天體軌道的長軸都落在了天空中的同一個象限中。」換句話說，它們都指向同一個方向。這個結果並不能確切說明什麼；兩個天體即使軌道不盡相同，也有可能有著類似的近日點參數。但當布朗和巴蒂金在繪製這些外太陽系天體的軌道時，它們注意到這些軌道有著十分接近的橢圓形態。「那種東西不應該很容易就發現了嗎？」布朗問道。「你肯定會這麼想。那是因為我們之前過分關注於數據，從來沒有回過頭從整體觀察過太陽系。我簡直不敢相信我居然從沒注意到這點，」他說，「這太荒唐了。」

通過其運行軌道的指向性，科學家們更加清楚地意識到，這些原本相隔萬里的物體是被某種力量所聚集到一起的。「一開始，」布朗說，「我們說"那兒不會有什麼星球的，根本不可能。』」因此，他們對裡面最有可能的一個選擇進行了檢查——結果顯示，在冥王星之外，充斥著寒冰的柯伊伯帶中，漂浮物已經聚少成多，形成了一個星球主體，就像銀河在因大爆炸形成的宇宙氣團的重力影響下，自然而然地成型一樣。

作者意識到，事情之所以會發展到大家都未曾注意到的地步，是因為柯伊伯帶缺乏其必需的質量。雖然科學家們認為這個星球的存在是「不科學」的，但他們的模擬器卻正好模擬出了正確的對齊軌道。不僅如此，此消息還昭示了另一件事：巨行星的引力會導致一系列完全獨立天體的產生，它們的軌道之間沒有對齊，但卻會與太陽系行星的軌道大相徑庭——二者的夾角會達到90度甚至更大。「這真是令人匪夷所思，」巴蒂金表示，「但麥克又說，"我覺得我在以前的數據里見過這種情況。』」果不其然，觀測者們發現了數十個與之類似的天體，但沒人說得上來是如何形成的。而現在，巴蒂金和布朗的模擬實驗就提供了一種方案。拉芙林表示，「為這一個假想的行星整合好的兩條獨立的新證據，令他們的假設更有說服力了。」

九號假想行星的引力，或許會是冥王星外兩組不同天體的罕見軌道的成因。圖表是經太空望遠鏡拍攝後製作。加州理工學院/R·赫特

超級地球

根據數據，最符合條件的行星的質量應該相當於地球的10倍，這比太陽系第四大行星海王星要小一些，後者的質量達到了地球的17倍，但這並不妨礙前者被列入「超級地球」的行列，同屬的在太陽系外其他星球有很多，但這是目前為止太陽系裡的第一個。它的軌道被拉得很扁，近日點離太陽僅有350億公里（布朗表示，「這裡也是它造成所有破壞的地方」），而距離太陽最遠的距離，是這個數字的三到六倍。

位於夏威夷的日本昴宿望遠鏡

但即使在如此遙遠的距離，第九大行星一般還是能被現有的望遠鏡觀察到——位於夏威夷的日本昴宿望遠鏡就是觀測它最佳的利器。它不僅有著巨大的鏡片，能夠捕捉到十分微弱的星光，更有著非常廣闊的視角，研究人員也因此可以橫掃極大範圍的星空。「可惜啊，我們並沒有昴宿望遠鏡，」布朗說道，「這就表示我們不太可能看得到它了。所以我們要告訴別人該往哪兒看。」在他們真的看到它之前，宇航員都不能打包票說第九大行星真的存在。「我一直都對太陽系裡有著另一個行星的言論持懷疑態度，」美國西南研究院的哈爾·李維森表示，「在我職業生涯中，我已經聽到很多很多次這種說法了，沒一個說對了的。」他也承認，軌道對齊確實存在。「凡事必有原因的。但就是這個原因還需要再多研究研究。」

但總的來說，對於即將到來的重大發現的前景，行星科學家們還是十分激動的。「我年輕的時候，」謝潑德表示，「我們都以為已經發現了所有的大型行星。如果現在能證明我們錯了，那真是個讓人興奮的驚喜。」

拉芙林說，1846年9月10日，英國天文學家約翰·赫歇爾和英國科學促進協會的一席談話，調動起了整個天文界的情緒。觀測到的天王星軌道的不規則形態，證明其正受到某大型未知行星引力的牽引。談到這個神秘天體，赫歇爾說道，「我們就像哥倫布從西班牙海岸眺望美國一樣審視著這個星球。通過明了的證據，和深遠細緻的分析，我們已經感受到了它的一舉一動。」僅僅兩周之後，就在理論家計算出來的位置，人們發現了天王星。

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