找到行星九到底有多難？

思源

在探尋系外行星方面，人類已經展示出了驚人的技能。自1992年第一顆圍繞恒星運轉的系外行星被發(fā)現(xiàn)以來，我們已經發(fā)現(xiàn)并確認了3924顆系外行星，它們分布在近3000個不同的星系中。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。隨著各種太空望遠鏡加入，找到一顆行星似乎十分容易，尤其是當天文學家已經預測出一顆行星可能的位置時。

不過，在2016年，天文學家發(fā)現(xiàn)太陽系柯伊伯帶中6顆天體的異常運行軌道，即這6顆天體雖然以不同速率運轉，但其運行軌道卻擁有相同的傾角，且軌道近日點與太陽的距離接近，美國加州理工大學的兩位天文學家提出，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，因為在自然條件下，碰巧出現(xiàn)這一情況的幾率微乎其微。所以天文學家推測，太陽系很可能有第九大行星。

并且天文學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;它的運行軌道有著極高的偏心率（橢圓）;它的質量大約是地球質量的10倍;由于軌道太遠，它繞太陽公轉一周需要的時間在1萬到2萬年之間等。但遺憾的是，這只是天文學家的推測，實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)以千計的系外行星，為什么我們會看不到“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歸結于四個因素：角直徑，視星等，相對運動和軌道特性。下面，我們分別從這四個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，在角直徑相同的情況下，距離越遠的天體，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不同的可能性。首先，雖然天文學家對于行星九的質量已經做出了較為準確的估計，但行星九可能是一個緊湊的巖石行星，也可能是一個氣體行星，類似于迷你海王星或天王星，不同的情況會造成角直徑不同。天文學家預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，這是一個值得注意的差異。

另外，行星九的運行軌道是橢圓形的。據估計，行星九遠日點為1200AU（天文單位即地日平均距離），近日點為200AU。在我們看來，行星九在近日點的體積會是遠日點的6倍。因為天文學家目前不知道行星九在運行軌道上的位置，也無法確定它的真實直徑，所以這無疑會增加探測行星九的難度。

如果我們將所有情況考慮在內，行星九的平均角直徑實際上與冥王星類似（冥王星角直徑為0.065″-0.115″）。不過，由于它實在是太遠了，即使行星九是一顆氣體行星（即直徑很大），它在哈勃望遠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。

2、視星等

——從地球上看天體有多亮

視星等是天文學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，也與距地球的遠近有關。

對天文學家來說，發(fā)現(xiàn)恒星比較簡單，因為恒星本身發(fā)光，它們發(fā)出的光會直接傳播到望遠鏡中，供我們觀察。但對于行星來說，這個過程就難了一些。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，強度會隨著距離呈指數(shù)遞減，當這些光到達遙遠的行星時，它的強度已經大大減弱。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。而這些反射光的強度也會隨著距離呈指數(shù)遞減。所以，行星的光線到達地球時就更弱了。

舉例來說，海王星的平均視星等相當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得多。

假設行星九的直徑是太陽的4倍，并且處于近日點，它的亮度仍只有冥王星的幾分之一。在遠日點時，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，它也會被淹沒在充滿光亮的宇宙背景中。

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

3、相對運動

——天體離開地球的速度

觀察遙遠的天體移動是一項冗長乏味的任務，行動遲緩的冥王星在宇宙中運行了3到4分鐘，但看上去，它在哈勃望遠鏡輸出的圖像上才移動了1個像素。由于冥王星在哈勃成像上大約占2.4個像素，如果科學家們想要驗證它的運動，必須相隔每8分鐘以上的時間拍攝兩張照片，以此了解冥王星確實是一個移動的太陽系天體。

雖然行星九的角直徑與冥王星類似，但是它的移動速度會慢很多。即使是在它移動速度最快的時候（近日點），我們仍需要幾個小時才能發(fā)現(xiàn)它是一個移動的物體;在遠日點，這可能需要超過一天的時間。

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障礙是它特殊的軌道。當尋找新的太陽系天體時，科學家們傾向于在太陽系的黃道面附近觀測，大多數(shù)圍繞太陽運行的天體都是在這個平面上下幾度的范圍內發(fā)現(xiàn)的，例如冥王星。冥王星軌道面相對于黃道面的傾角很大（約17度），它的公轉周期為248年，因此大約100多年的時間，它才會運行到黃道面附近。但是，在天文學家搜尋它的那天，它正好就在這個平面附近，這樣，人們才偶然發(fā)現(xiàn)了它。

根據天文學家的預測，行星九的軌道也與黃道面成一定角度，而且它的公轉周期很可能超過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)這個神秘的星球，可能是因為我們沒有在適宜的位置觀察它，又或者是因為我們看到了它，卻錯過了它。不過，隨著觀測技術的發(fā)展和進步，也許我們最終會發(fā)現(xiàn)太陽系的第九大行星，再次改寫太陽系的歷史。