一起来玩找找看！协寻失落行星「第九行星」

最近，科学家张贴一份协寻启事。究竟是什么东西，需要全世界的人们一起帮忙寻找？不是通缉犯，也不是失踪的宠物，而是失落的「第九行星」。

艺术家想象的第九行星。

寻找「X 行星」

早在 1905 年，罗威尔（Percival Lowell）就开始寻找海王星外的未知行星。他发觉天王星、海王星的轨道有些异常，并可用一个未知行星的拉扯来解释。这个未知的行星，就姑且称作「X 行星」了。

其实，由已知行星的运行轨道，来预测未知的行星，并不是什么新鲜的事情。1846 年，勒维耶（Urbain Le Verrier）以牛顿力学计算出天王星轨道的偏差，大胆预言有个未知行星在拉扯天王星轨道。他把理论预测的数字交给柏林天文台的伽勒（Johann Gottfried Galle），据说不到一小时，一个新的行星就被找到了──这颗行星就是海王星。

发现海王星的成功经验，给后世科学家许多启发。罗威尔试着如法炮制，寻找「X 行星」。可惜历史无法顺利地复制，罗威尔在 1916 年逝世前，并没有找到这颗 X 行星。不过，他留下的罗威尔天文台继续运作，并在 1930 年找到了一颗新的「行星」，也就是冥王星。罗威尔追寻已久的 X 行星，终于由后人找到了吗？不，可惜冥王星的质量太小了，根本没办法达成罗威尔从行星轨道算出来的预测值。所以，就算 X 行星存在，它绝对不是冥王星！

1993 年，天文学家以现代观测的精确数据，重新计算行星运动的轨道，证实「X 行星」的预言是建立在不准确的观测数据上，实际上根本不需要「X 行星」，就能解释海王星现在的轨道。神秘的「X 行星」假说，被天文学家踢出门外了。冥王星的下场更惨了，不但不是「X 行星」，还从行星名单当中被除名了。2006 年国际天文联合会（IAU）决议，将冥王星移除九大行星之外，成为「矮行星」。从此，太阳系的行星总数回归到八个。

 

往更遥远的地方走去

我们不必为冥王星的除名哀悼，因为事件的背后，代表更多惊奇的发现。1990 年代以来，天文学家渐渐发觉，冥王星并不孤单，它与许多小天体一起居住在海王星之外的「古柏带」。随着海王星外天体的逐一发现，人们才知道冥王星只是古柏带天体的其中一个而已。人类对于太阳系边缘的认知，往更遥远的地方开展。

在这十几年来，人们才开始找到冥王星的「邻居」──或可说是让它被除名的「凶手」。其中有一个海王星外天体非常特别，名字叫作赛德娜（Sedna），是在 2003 年由麦可．布朗（Mike Brown）、乍得．特鲁希略（Chad Trujillo）和戴维．拉比诺维茨（David L. Rabinowitz）找到。赛德娜可能与冥王星一样是矮行星，但离我们相当遥远。冥王星与太阳最近的距离是 30 天文单位（1 天文单位的意思是「地球与太阳的距离」），目前找到的其他海王星外天体也大致在 30 至 50 天文单位的古柏带范围内。然而，赛德娜与太阳最近的距离却是 76 天文单位，在非常外圈的椭圆轨道绕太阳公转，令人怀疑是否还能算在古柏带之内。许多天文学家认为，赛德娜有可能与太阳系更外层的「欧特云」有所联系。

到了 2012 年，特鲁希略与史考特．雪柏（Scott Sheppard）发现一颗新的天体，打破了赛德娜的纪录。这颗称为2012VP113 的星球，离太阳最近的距离竟然高达 80 天文单位。这个新发现，代表赛德娜不是单一的特例，还有其他天体位在这么遥远的地方。问题来了，它们怎么会出现在离太阳这么遥远的地方？现在的位置可能不是诞生地，因为那里缺乏气体和尘埃，很难形成较大的星球。科学家猜测，它们诞生之初可能受到某些重力影响，有可能是与其他原行星拉扯，也有可能是外来的恒星从附近通过而改变它们的轨道。

 

许多证据指向「第九行星」可能存在

赛德娜与 2012VP113 提供了更多有趣的线索，改变我们对太阳系的认识。特鲁希略与雪柏利用它们的运行轨道推论，可能有个比地球重、比海王星轻的天体，位于离太阳 250 天文单位的轨道上。康斯坦丁．巴提金（Konstantin Batygin）和麦可．布朗在 2016 年 1 月发表新的研究，利用赛德娜、2012VP113 以及另外四个较遥远的古柏带天体的运行轨道，得出一个惊人的结论──「第九行星」可能存在，它的质量大约是地球的 10 倍，与太阳最近的距离约 200天文单位，绕太阳公转的周期是 1 万至 2 万年。

天文学家其实没有直接看到「第九行星」。到底有什么可靠的证据，说明「第九行星」存在呢？赛德娜、2012VP113与其他几个「极端海王星外天体」，共同具备某些奇怪的特性。首先，它们离太阳最近的时候，位置都刚好在黄道面上［注1］。且它们通过黄道面的方向，都是由南向北。再者，它们运行轨道的长轴都在同方向，好像某东西推过去的。从下图可以清楚看到，这几个「极端海王星外天体」轨道的长轴（也就是离太阳遥远的一端）都在图中的左边［注2］。这可能不是巧合，而是巨大的「第九行星」重力拉扯而形成的现象。此外，「第九行星」会造成许多古柏带天体的轨道严重倾斜──这些奇异的天体也的确存在。麦可．布朗说，如果他在什么都不知道的情况下看到这篇论文，一定会觉得太疯狂了，但是看完这些证据和统计，很难有其他结论了！

注 1：太阳系内主要的行星，几乎都在同一平面上绕太阳公转，这个平面就称为「黄道面」。赛德娜与地球、火星等行星不同，并不是随时都在黄道面上，但离太阳最近时刚好在黄道面上。

注 2：2016 年学者发表了一个长轴指向右边的极端海王星外天体，因此不能说每一个都指向左边。

在 2016 年初之后开启了「第九行星」的讨论。太阳系内目前知道的六个最远的古柏带天体（轨道在海王星外），全都神秘地排列在同一方向。以三度空间来看，它们几乎以相同的角度偏离太阳系平面。巴提金和布朗说明，我们需要一颗 10 倍地球质量的胜博发行星，位在遥远的偏心轨道，且与其他六个天体不连成一线，才能保持图中这种组合。

「第九行星」的假说，似乎还能解释许多长久以来的谜团。2016 年 10 月，在美国加州举行的行星科学会议上，巴提金和布朗的合作者，加州理工学院的研究生伊丽莎白．贝利（Elizabeth Bailey）提出对于「太阳倾斜」的研究。早在 1800 年代，人们就知道太阳不寻常的倾斜，但是这件事不常被讨论，因为没人有任何线索知道它是什么造成的。所谓「太阳倾斜」，意思是太阳从黄道面偏斜了大约 6 度，至今还没有人能成功解释。

贝莉的研究将太阳倾斜的罪魁祸首指向「第九行星」，如果存在一个巨大而遥远的行星，可能增加了太阳系的摇摆，使得太阳些微地倾斜。贝莉说：「因为第九行星质量很大，而且轨道比其他行星更倾斜，太阳系只好慢慢地扭曲，不再排列得那么整齐了。」巴提金说：「它持续使我们感到惊奇。每次我们仔细看，就发现第九行星又能解释一些太阳系长久以来的谜团。」

亚利桑那大学的天文学家雷努．马霍特拉（Renu Malhotra）等人，还有另一个证据说明未知行星的存在。他们分析公转周期非常长的「极端海王星外天体」，发觉这些天体曾经与某个未知行星发生共振。经过计算，未知天体绕太阳公转的周期大约 17000 年，且一个 10 倍地球质量的行星可以合理解释这种共振现象。

以上许多证据，都指出太阳系内的「第九行星」可能存在。问题是，找到「第九行星」有什么意义？是因为冥王星除名后，「九大行星」被迫改成「八大行星」，如果找到第九颗就可以改回大家习惯的称呼吗？当然不是这么无聊的理由！事实上，如果找到「第九行星」，可能彻底改写我们所知的太阳系演化史。竟然在这么遥远的地方，可以存在一颗巨大的行星，它的身世来历真是耐人寻味了。

更有趣的是，这几年天文学家在太阳系外找到了许多重于地球、轻于天王星与海王星的行星，也就是被称为「超级地球」的行星。奇怪的是太阳系的八大行星当中，并不存在这种行星。假如「第九行星」存在，且如预期是 10 倍地球质量，那就填补了这个空缺。尽管关于「第九行星」的争论还沸沸扬扬，我们对于太阳系的探索又前进一步。

 

一起上网寻找失落的行星吧！

我们似乎又回到 1846 年寻找海王星的那个情境，理论预测一个未知的行星存在，等待人们去找寻。巴提金也说，的确有点重现历史的意味。不过，经过一百多年，科技突飞猛进，当年一小时找到海王星，现在应该可以一分钟找到「第九行星」吧？实际上并非如此，现在天文学家还在烦恼着要怎么把它找出来呢！因为它离我们太远了，也离太阳太远了，不像邻近的行星，反射了太阳光就轻易被我们看见。太阳系远比你想象中大得多，人类根本还无法掌握太阳系边缘那个非常昏暗却充满惊奇的世界。

理论预测之后，天文学家很努力在望远镜拍摄到的众多影像中，寻找「第九行星」的下落。雪柏说，这就像玩游戏一样，你不知道哪张照片会有超级地球在里面。寻找的诀窍，就在于看它移动得多慢。如果找到移动够慢的天体，代表它离我们够远，这才有趣，要不然就只是一般的古柏带天体。

然而，这个工作就是大海捞针。一个人只有两只眼睛，光是几个天文学家，想要找到新的行星，实在太困难了。那是不是能利用计算机帮忙寻找呢？可惜，在这方面，人眼还是比计算机锐利多了。天文影像当中，有许多非真实天体造成的光点，计算机经常会受骗，但人眼很容易辨认出来那是假的。

天文学家决定尝试一个新的方法：利用全世界的众多人的眼睛，一起帮忙寻找「第九行星」。因特网把全世界的人们串联在一起，天文学家只要设计一个容易操作的小工具，将天文影像放上网，大家就可以到网站上帮忙寻找了。

于是，天文学家就设计了这个网站「Backyard Worlds: Planet 9」。点选「classify」，就可以进去寻找失落的行星了。网页显示的天文影像，是由广域红外线巡天探测卫星（WISE）拍摄，这是红外光影像，可以侦测行星自己发出的光。如果「第九行星」的特性符合预期，应该会出现在某一组照片的某一个角落。或许你就是那个幸运儿，现在「抽到」的这组照片，就是具有「第九行星」的那张！当然，看越多张照片，找到的机会就越大了。

「Backyard Worlds: Planet 9」 网站首页

每组照片都有不同时间拍摄的几张，请你当作动画来看。我们要观察的重点就是是否有天体在移动。移动的天体，有可能是「第九行星」，也可能是一种称为「棕矮星」的天体，它们是形成失败的恒星，有可能出现在太阳系外围，天文学家也很有兴趣寻找。如何判断天体在移动呢？我们需要找两种型态的天体，一种是「双极（dipole）」，原本亮左边，后来亮右边，其实是移动速度慢的天体。另一种是「移动物（mover）」，很明显在影像中移动，这些是移动速度较快的天体。这两种特征，都是天文学家有兴趣寻找的天体，请你都利用「标记工具」，在图片上标记出来。若有这两种型态的天体，在动画中的每张照片都需要标记，才方便追踪它的移动。如果没有任何双极或者移动物，请你直接按「完成」。

左图是「双极」特征的天体，右图是「移动物」特征的天体，此二种为「Backyard Worlds: Planet 9」计划欲寻找的目标，请参与者协助将它们标记出来。

不过请特别注意，有些容易混淆的光源，不要选进去了。首先，锋芒四射的光源其实是恒星（如下图左），不需列入，别把它和「双极」搞混了。此外，有些光源并非真正来自天体（如下图右），就像鬼影一样，肉眼通常能辨识出来，也请你不要选到它们了。页面右边的「Field Guide」有更多例子，可以点进去参考。

左图为恒星，右图为非天体造成的造光源，两者皆「不是」需要标记出的天体。

了解游戏规则之后，赶快上网帮忙寻找「第九行星」吧！人类对宇宙的探索愈加深刻，却发觉我们自己居住的太阳系比想象中来得复杂，值得深入发掘的面向还有很多。在网络串连全世界的时代，天文学家号召全世界大众一起帮忙。这就是「网民天文学」的概念，人人都能作为天文学家，到我们的家园──太阳系的边缘探险，在无数的影像中寻找宝藏。不论是否真的找到「第九行星」，这些「键盘天文学家」对于古柏带天体与棕矮星的搜寻，将有不少贡献。其实，在Zooniverse这个网站上，还有很多其他的公民天文学计划，欢迎你一起上网探索宇宙！