预测新行星的成功与失败史

2016年，天文学家宣布太阳系外围出现了一颗新行星。这颗所谓的第九行星，比海王星还要大，且位于已知行星轨道之外很远的地方，是一个特殊的谜团，因为至今没有人观测到它。科学家们仅仅是通过观察它对其附近小行星和太空碎片的引力作用来追踪其假定的轨道。

但这并不是科学家第一次在发现行星之前就预测它们的存在。甚至也不是第一次仅仅因为难以解释的轨道而这样做。而且，他们通常是错误的。

太阳系壮大

早在1845年，两位天文学家乌尔班·勒维耶（Urbain LeVerrier）和约翰·考奇·亚当斯（John Couch Adams）分别研究了天文学家测量的天王星轨道，以及基于开普勒定律对该轨道进行的预测，并注意到有些不对劲。他们互不知情，都得出结论认为必须存在另一颗行星，以如此方式扰动轨道，并各自计算出了它的位置和质量。

勒维耶工作得更快，并将他的预测告诉了天文学家约翰·戈特弗里德·加勒（Johann Gottfriend Galle）和海因里希·路易斯·达雷斯特（Heinrich Louise D’Arrest），他们第二天晚上就发现了这个天体，位置与勒维耶预测的完全一致。海王星加入了行星的行列，而亚当斯则后悔自己没有更快地工作。

但在观测了天王星和海王星几十年后，天文学家认为它们的轨道仍然有些不对劲。原因各不相同：一些人认为海王星的质量不足以扰动天王星形成其观测到的轨道，另一些人认为海王星的轨道并不完全正确。

最终，许多天文学家说服自己，必定有另一颗行星隐藏在海王星轨道之外。于是，搜寻再次开始。特别是珀西瓦尔·洛厄尔（Percival Lowell），他全身心投入搜寻所谓的“X行星”，甚至为此建立了一个著名的天文台，至今仍以他的名字命名。他在谜团解决之前就去世了，但并非在与其他天文学家就这颗（些）未发现行星的性质（和数量）发生争执之前。

1930年，洛厄尔天文台的克莱德·汤博（Clyde Tombaugh），在他去世14年后，在洛厄尔天文台发现了一个在太阳系外围缓慢移动的微小斑点。冥王星被誉为第九大行星。但几乎立即就出现了问题。这颗长期被寻找的行星不够大，不足以像科学家们观察到的那样扰动巨行星的轨道。相当快就被证明，冥王星不可能是科学家们一直在寻找的那颗行星。

1992年，更新的旅行者号数据揭示了一个略显尴尬的错误：海王星和天王星的轨道是正常的，而且一直都是正常的（一旦海王星出现）。海王星的质量只是比最初认为的要小。但这次错误让我们得到了一颗行星——冥王星——至少有76年。

爱因斯坦毁了一切

水星的轨道会进动，即围绕太阳发生偏移。在爱因斯坦给出解释之前，天文学家怀疑有一颗隐藏的行星。（图片来源：Roen Kelly）

根据开普勒定律，水星的轨道也一直不符合预期，它的运动让天文学家——包括那位准确预测了海王星位置的勒维耶——感到困惑。天文学家也迫切希望找到一颗新的内行星。但水星比天王星离我们近得多，而要假设我们不知何故从未注意到一颗如此近的行星，是难以置信的。而且，更重要的是，它离太阳如此之近，这意味着强烈的反光。

尽管如此，一群固执的天文学家几十年来一直坚持认为，既然水星的轨道不对，就一定有什么东西在扰动它。因此，关于“火神星”（Vulcan）的传闻经久不衰，据说它是一颗在水星和太阳之间运行的微小行星。一些天文学家甚至声称观测到了火星，但他们的发现从未得到可靠的重复。

最终，在勒维耶工作大约七十年后，爱因斯坦发表了他的相对论，其中包括质量物体弯曲时空的观点。水星由于最靠近太阳，承受了这种效应的绝大部分。火星星最终被证明是失败的。

遥远的行星

第九行星之所以被怀疑存在，是因为太阳系遥远区域的其他天体的聚集。（图片来源：加州理工学院/R. Hurt (IPAC)）

1999年，一群天文学家推测，他们称之为泰凯（Tyche）的行星，可能质量是木星的四倍，可能潜伏在奥尔特云中，将彗星引导到太阳系的平面上。他们描述的这颗行星绕太阳运行的距离接近四分之一光年，对于大多数望远镜来说，这在很大程度上是可以被忽略的。但如此巨大的行星会释放热量，到2014年，NASA根据对红外天空的扫描得出结论，没有如此巨大的天体在我们太阳系的外部运行。

现在，科学家们又在搜寻第九大行星了。他们有证据：越来越多的が小行星聚集在可疑的团块中，仿佛被一只看不见的手——或者说，在这种情况下，一颗看不见的行星——扫到了那里。这颗行星的质量应该很大：是海王星质量的两倍以上。一颗与冥王星大小相当的新行星无法解决当前的轨道问题。

随着我们的望远镜越来越好，我们的观测时间跨度越来越长，天文学家们在海王星轨道之外发现了更多像冥王星一样的天体。他们很可能会继续发现更多。但另一颗完整大小的行星？只有时间会告诉我们答案。