自從 2006 年國際天文聯合會投票將冥王星降級為矮行星後，天文學家們尋找太陽系第九大行星的繼任者的熱情仍然不減。最近的幾年，不斷有證據表明，在太陽系的最外延極有可能存在著真正的第九行星，通過對周圍星體的引力拉動來宣告著自己的存在。
就在上個月，Physics Report 上刊登了一篇名為《第九行星假說》(The Planet Nine Hypothesis)，的論文。在這篇長達 92 頁的論文中，加州理工學院地質與行星科學部的 Konstantin Batygin 教授的團隊提出，在距離太陽約 600 個天文單位（地球到太陽的距離是一個天文單位，約 1.5 億公裡）的軌道上，很可能存在著一顆質量為地球質量的 5 到 10 倍的星體。
這顆星體的亮度在 19 和 24 之間。「現有的廣角望遠鏡足以足以捕捉到這樣亮度的星體，比如位於智利的 Victor Blanco 4m 和位於夏威夷的 Subaru 8.2m 望遠鏡」，Batygin 說，「如果存這顆星體真的存在，它將會是太陽系的第九大行星，而且極有可能會在未來十年中被發現。」
圖丨這幅圖描繪了遙遠的柯伊伯帶天體和 9 號行星的軌道。紫色軌道主要受 9 號行星的引力控制，比較密集。另一方面，綠色軌道與海王星緊密耦合，相對鬆散。最新的軌道計算表明，9 號行星是一顆質量約為地球 5 倍的行星，它大概位於軌道的偏心上，運行周期約為 1 萬年。（來源: James Tuttle Keane /加州理工學院）
一直以來，天文學家們尋找新的行星的方法都是引力攝動法。即一顆已知行星的運行軌跡與理論計算值之間出現了偏差時，就可以判定它受到了另一顆星體的影響，天文學家因此可以順藤摸瓜，找到隱藏在暗處的行星。1846 年發現的海王星就是通過這種方法找到的。
然而，越往外找，情況就越複雜。引力攝動法不再足以確定一個星體，在對「第九行星」的搜尋中，Batygin 教授就動用了過去二十年來積累的各種數據，加之以計算機模擬，才做出了這樣的推測。「即使這樣，也有 0.2% 的可能只是一個偶然」，他說。
圖丨 Konstantin Batygin（來源：加州理工學院）
九號行星假說
這次的論文，《九號行星假說》是一篇受邀發表在 Physics Reports 上的綜述。這篇論文提供了數千個關於太陽系遠端動態演化的新計算機模型，並對九號行星的性質提出了最新的見解。
這其中包括一種預估，即這個行星比之前所猜測的更小，離太陽更近。基於新計算模型，Batygin 、Konstantin Batygin以及密西根大學的 Fred Adams 和 Juliette Becker（BS '14）得出的結論是，九號行星的質量是地球的五倍， 軌道長半軸約是 400 個天文單位 ( AU )。這使得它比以前假設的更小，更接近太陽，並且可能更亮。
行星科學助理教授、Van Nuys Page 學者 Batygin 說:「九號行星的質量為 5 個地球，很容易讓人認為是太陽系外典型的超級地球（Super-Earths，超級地球是質量大於地球，但實質上體積小於地球的星體）。這是太陽系行星形成過程中缺失的一環。在過去的十年中，對太陽系外行星的調查顯示，類似大小的行星在其他類太陽恆星周圍非常常見。九號行星將是我們能找到的最接近了解銀河系典型行星特性的窗口。」
早在這一次的論文，Batygin 和 Konstantin Batygin 就曾發表過一篇名為《太陽系遠端的軌道聚集》（Orbital Clustering in the Distant Solar System）的論文，介紹了 9 號行星假說的基礎。有證據表明，柯伊伯帶 (位於海王星之外的一片由冰封物體組成的區域) 的天體群受到一顆看不見的行星的引力影響。關於這種軌道聚集是否確實發生，或者，它會不會是由觀察柯伊伯帶天體的方式和位置存在偏差而造成的假象，一直是一個懸而未決的問題。
為了評估明顯的軌道聚集背後是否存在觀測偏差，Brown 和 Batygin 開發了一種方法來量化每個單獨觀察的偏倚量，然後計算出該聚集是假象的概率。他們發現，這個概率大約是 500 分之一。
雖然這個分析並沒有直接說明第九顆行星是否在那裡，但它確實表明這個假說是建立在堅實的基礎上的。
2016 年 1 月 20 日，Batygin 和 Brown 提出了第一個證據，證明可能有一顆巨大的行星沿著一個奇怪的、高度拉長的軌道穿過外太陽系。2016 年 6 月，Batygin 和 Brown 提出了對這顆行星軌道位置觀測限制的更多細節。
在接下來的兩年裡，他們建立了這顆行星的理論模型，解釋了其他已知的現象，比如為什麼柯伊伯帶的一些天體的軌道垂直於太陽系的平面。由此產生的模型增強了他們對九號行星存在的信心。
在最初宣布九號行星存在之後，世界各地的天文學家，包括 Batygin 和 Brown，開始尋找這顆新行星的觀測證據。儘管 Batygin 和 Brown 也在懷疑九號行星可能不存在，但他們表示，他們對太陽系軌道動力學的研究越多，支持這一觀點的證據似乎就越有力。
Batygin 說：「我最喜歡九號行星假說的特性就是它是可以被觀測到的。有一天我們可能會看到九號行星的真實圖像，這絕對令人振奮。雖然在天文上發現第九顆行星是一個巨大的挑戰，但我非常樂觀，我們將在未來 10 年內對它進行成像。」
行星發現簡史
目前太陽系的八大行星中，前六個行星很早就被古人發現並記錄，除地球之外，它們是：水星，金星，火星，木星和土星。古人的觀測手段有限，曾一度認為地球是宇宙的中心，太陽，月亮和其它五大行星圍繞著地球轉動。日心說統治了西方一千多年，在東方的古代中國也對「天圓地方」的渾天說深信不疑。
直到伽利略發明瞭望遠鏡，並觀察到了木衛體系這一重要證據後，人們才開始慢慢接受一個事實： 太陽才是宇宙的中心，地球和其它行星都圍繞太陽轉。
望遠鏡也幫助天文學家發現了天王星，在人們研究天王星的軌道時，發現它的運動軌跡與理論計算值出現了偏差，而且這個偏差越來越大。這個觀察使天文學家們相信，在天王星之外還存在著另一顆行星，對天王星的軌道產生著引力攝動。1846 年 9 月 23 日晚間，法國天文學家勒維耶在用望遠鏡仰望星空時，發現了一顆星球發出了幽暗的深藍色光芒，這顆星球與他計算的預期位置相差不到 1°, 這就是海王星，以希臘神話中的海神名字命名為 Neptune。
海王星的發現，是引力攝動法在行星軌道推算上的一次巨大的成功。十九世紀末，天文學家用同樣的方法計算海王星對天王星的影響時發現，僅僅海王星一顆行星還不足以解釋天王星的軌道擾動，他們推測，海王星之外還應該存在著一顆星體。
人們興奮地將這個未知行星命名為「X 行星（Planet X）」，並希望用這個萬能的引力攝動法，牽出一個又一個行星來，X 行星之後還有 Y 行星，之後還有 Z 行星。
這個方法果然奏效了。1930 年 2 月，美國天文學家克萊爾·湯博根據前人的計算，多次對 X 行星預計出現的星區拍攝了照片，他在這堆照片中發現了一顆緩緩移動的亮點，由於亮點與 X 行星的預期位置相差無幾，當時人們相信，這就是他們一直苦苦搜尋的 X 行星，並用希臘神話中冥王的名字為其命名：Pluto（冥王星）。
冥王星行星身份之爭
從被發現之日起，冥王星的行星身份就一直存在著爭議。人們因其圖像模糊而懷疑冥王星不是羅威爾所設想的 X 行星。
最初的理論計值表明，這顆 X 行星應該擁有 7 個地球大小的質量，約為海王星的一半。而 1931 年的計算得出它的質量僅與地球相當。1948 年的進一步計算結果則接近火星質量（地球質量的十分之一）。隨後的近半個世紀中，冥王星的質量一路縮水，最終降到了只有最初理論值的 1/3200。即使這樣，它太陽系第九大行星的地位仍然沒有被撼動。
一直到 1987 年，飛掠天王星和海王星的旅行者二號探測器傳回了精確的這兩顆行星的精確的軌道數據，他們才發現這兩顆行星的軌道擾動是觀測誤差。奇怪的地方出現了，實際軌道沒有發生擾動，卻根據錯誤的計算發現了一顆真實存在的行星。X 行星只是一種偶然嗎？
隨後的發現對這些問題給予了肯定的答覆。自 1992 年起，陸續在冥王星周圍發現了諸多相似的天體，顯示冥王星其實是太陽系外圍柯伊伯帶的中的一顆普通星體。天文學家內部出現了分裂的聲音，一部分人開始質疑冥王星的行星身份。而 2005 年發現的鬩神星成為壓倒駱駝的最後一根稻草，它的質量甚至比冥王星質量多出 27%，如此一來，它豈不也應該在行星序列中佔有一席之地？
天文學家們終於坐不住了。
2006 年 8 月 24 日，在布拉格舉行的第 26 屆國際天文聯會通過了第五號決議，正式將冥王星從太陽系行星行列除名，降級為矮行星。在被發現七十多年後，冥王星終於正式卸任了太陽系第九大行星的頭銜，加入矮行星的大家庭。
這界會議還搬出了行星的新定義。新定義中，太陽系內的天體要成為行星必須滿足以下的三個條件：1. 軌道環繞太陽 2. 有足夠的質量能保持接近球體的形狀；3. 能清除附近區域內的其它天體。如果一個不是衛星的天體只滿足了前兩個準則，就會被歸為矮行星。
冥王星滿足了前兩條定義，卻在第三條定義上面載了跟頭。它的周圍還有很多的兄弟姐妹：鬩神星，鳥神星，穀神星和妊神星。它們一起被劃入了矮行星的行列。
圖丨新視野號飛掠冥王星時拍攝的它的表面細節
誰是繼任者？
冥王星的降級，並沒有影響人們繼續探尋新行星的熱情。
太陽系的邊緣其實熱鬧得很，這裡遍布著由巖石和冰塊組成的星體。這些位於海王星軌道外側的星體數量眾多，它們組成了著名的柯伊伯帶，冥王星在其中只是再普通不過的星體。
柯伊伯帶上的星體被分成了幾大類，有的星體個頭很小，容易受到附近大行星的引力擾動，海王星的引力就對它們影響很大。所以，在研究引力動力學的天文學家眼裡，這些小物體被當作擁有質量的小點，用來追蹤引力的變化。而它們的軌道也必然是受到大星體的引力作用的結果。實際上，有一大部分小星體的軌道與海王星的軌道發生了共振。
但是，柯伊伯帶中卻還存在著一組運動十分獨立的星體，它們的軌道大不相同。一些星體甚至塑繞太陽公轉，另一些的軌道具有偏心率極高（很扁的橢圓），還有一些軌道平面上翹，與黃道面形成了顯著的夾角。
要產生這樣的效果，一個海王星是不夠的，當然一個冥王星也遠遠不夠。於是，Batygin 教授提出了一個假設，一定有其它大質量的星體也在某個地方暗暗發力，他把它叫作「第九行星（Planet Nine）」。這個假設聽起來是不是有點耳熟，第九行星的登場和 X 行星如出一轍，引力攝動法在這裡又發揮了作用。
第九行星會不會步 X 行星的後塵，最後被證明並不存在，竹籃打水一場空呢？早在 2019 年 1 月 23 日，《天文學雜誌》就發表了一篇論文，文中質疑了第九行星存在的可能性。研究人員認為，雖然這些跨海王星天體擁有不同尋常的橢圓軌道，可能是一顆行星所為，但是如果把第九行星從模型中移除，並允許大量小天體分布在應該廣闊的太空區域，那麼這些天體的共同引力也很容易就解釋跨海王星天體的偏心軌道。
與此同時，來自英國劍橋大學和美國貝魯特大學的研究人員模擬了跨海王星天體和大型外部行星的關係。他們認為在海王星軌道之外存在著多顆小天體構成的巨大圓盤狀結構，這種結構，完全可以解釋這些跨海王星天體的奇特集群軌道。
面對質疑，Batygin 教授也承認，的確還有另外一種可能：這些獨立星體的軌道和它們形成的星簇只是一個偶然，天文學家仰望星空，而它們恰好在那裡而已。但是他也強調，第九行星存在與否，還要靠全世界的天文臺的共同努力，在搜尋結果出來之前，誰也不能下結論。
發現太陽系內的一個新行星，是古往今來天文學家們夢寐以求的至高榮譽，而歷史上這個名額只有九個。無論誰發現第九行星，都將在天文學的榮譽殿堂中刻下自己的名字。
這邊，Batygin 處心積慮用長論文廣發英雄貼；另一邊，天文學家們也端起了茶杯，調試好瞭望遠鏡，在鏡頭前蠢蠢欲動。一場無聲的競賽已經悄悄展開。