行星九地图：搜寻太阳系最遥远的世界

去年十二月，三位天文学家创造了太阳系中最遥远天体的发现记录。由于这个小世界距离太阳的距离大约是冥王星的三倍，研究人员将其命名为“Farout”（遥远）。现在，为了不甘落后（甚至超越自己），这群挑战极限的科学家们又宣布发现了一个更遥远的天体。由于这个新发现比Farout还要远数十亿英里，团队很贴切地将其昵称为“Farfarout”（更遥远）。

Farfarout的发现，它距离太阳约140个天文单位（1 AU等于地球到太阳的距离），本身就令人印象深刻。但Farfarout及其较近的同类天体不仅仅是打破记录，它们可能还预示着一种趋势。根据它们的轨道特征，这两个天体可能为日益增多的证据提供支持，这些证据暗示着在太阳系边缘潜伏着一颗难以捉摸的超级地球：行星九。

发现Farfarout

Farfarout的发现最初于2月21日在卡内基科学研究所天文学家Scott Sheppard的一次演讲中宣布，并由《科学》杂志首次报道。在演讲中，Sheppard告诉听众，他前一天晚上在等待暴风雪结束时发现了Farfarout。

“这是一个相当微弱的天体，是我们在一月份从昴星团望远镜的数据中发现的，”Sheppard通过电子邮件告诉《天文学》。“根据其距离和亮度，它的大小可能在 [250英里（400公里）] 左右。”这大约是谷神星直径的四分之一，这使得Farfarout成为一个相对较小的矮行星。

Sheppard以及夏威夷大学的天文学家David Tholen和北亚利桑那大学的天文学家Chad Trujillo，最近因为他们发现了一系列遥远天体而频频出现在新闻中。这是因为他们目前正在进行迄今为止对冥王星之外太阳系天体最全面的勘测。根据Sheppard的演讲，他们的勘测已经发现了迄今为止冥王星以外60 AU的太阳系天体的80%。

但Sheppard和他的团队还没有完成。他们预计他们的勘测将发现更多这些遥远的、微弱的海王星外天体（TNOs），它们是位于海王星之后、被称为柯伊伯带的区域中的冰封岩石体。

“到目前为止，我们在勘测中已经覆盖了大约25%的天空，”Sheppard说。虽然Farfarout几乎达到了他们望远镜的观测极限，但物体越大，越容易发现，“所以很可能还有几个比Farfarout更远的大物体，我们应该能够探测到。”

然而，Sheppard强调Farfarout的发现仍是初步的。为了确认该天体的极端距离及其轨道，他们需要收集更多它在天空中移动的图像。“我们只观测了Farfarout 24小时，”他上周说。“我现在在智利，正在使用麦哲伦望远镜，我们希望在未来几天天气晴朗，以便重新观测这个有趣的天体。”

你要去哪里？

因为Farout和Farfarout实在是太遥远了，很难确定它们的轨道——更不用说它们的成分了。但通过使用强大的地面望远镜，研究人员正在努力收集足够的数据来详细分析这些细节。然而，这还需要一些时间。

例如，在2018年10月，该团队宣布确认了另一个遥远的天体，本着万圣节的精神，他们将其昵称为“The Goblin”（地精）。虽然这个直径200英里（320公里）的冰岩石体是在大约80 AU的距离处发现的，但它有一个特别偏心的轨道，这意味着它会更远地摆动到太阳附近。“地精的轨道非常大，它的半长轴约为1000 AU，”Sheppard说，“这意味着它需要大约35,000年才能绕太阳一周。”

由于地精完成一次轨道需要的时间很长，该团队花了三年时间观测才确定了它在天空中的确切路径。但总的来说，Sheppard说，他们预计在100 AU附近发现的天体比地精的轨道偏心率要小，所以绘制Farout和Farfarout的轨道可能不会花那么长时间。

尽管该团队能够使用现有的望远镜绘制遥远天体的轨道，但他们可能还需要等待几年才能真正了解这些天体的成分。但这并不意味着他们没有一些理论。

“下一代望远镜将在2020年代中期投入使用，将能更好地获取这些天体的物理性质。”Sheppard说。“我们已经得到了地精和Farout的颜色，它们似乎是粉红色的，这是某些被怀疑含有大量水冰的柯伊伯带天体的颜色。所以我们认为这些天体是水冰和岩石的混合物。”

搜寻行星九

随着强大的勘测望远镜的进步，以及能够以前所未有的方式筛选海量数据的复杂软件，我们才刚刚开始搜寻太阳系遥远区域的冰雪矮行星等天体。但小型矮行星可能不是柯伊伯带的王者。越来越多的证据表明，一颗巨大的超级地球——质量是我们地球的五到十五倍——潜伏在更远处，操纵着一群奇怪地聚集在一起的偏心海王星外天体。

2016年，加州理工学院的天文学家Kostantin Batygin和Mike Brown发表了一篇题为“太阳系中遥远巨行星的证据”的论文。在论文中，他们指出，一群奇怪的散布在各处的海王星外天体，尽管轨道轨迹不同，但都聚集在离太阳最近的同一个位置。根据这项研究，这种聚集性是由机会造成的概率约为0.007%（或1/14,000）。此外，Batygin和Brown最近表明，这种聚集性是由观测偏差造成的概率只有约0.2%（或1/500）。

“根据我们发现的那些遥远天体（比如地精）的聚集情况，”Sheppard说，“一颗距离太阳数百 AU 的超级地球行星”可能正在将它们都引导到位。得益于尖端的模拟，研究人员预计像行星九这样的潜伏超级地球将处于一个离太阳约400 AU，轨道有些偏心的位置。但Sheppard说，“在更重行星的模型中，行星可能远达1500 AU。”

但是，如果它存在，为什么行星九的轨道会如此远离太阳呢？

嗯，这仍然是一个备受争议的问题。一种可能性是，太阳系在过去曾被一颗流浪恒星搅动过。根据上周晚些时候发表的研究，天文学家发现了一颗系外行星——名为HD 106906 b——他们认为它被一对过于接近该系统的流浪恒星驱逐到了一个巨大、扰动的轨道上。另一种可能性是，行星九可能在太阳系混乱形成过程中被挤出，当时巨大的气态巨行星很可能在争夺位置。

行星九的问题在于，我们要想100%确定它是否存在，就必须亲眼看到它。然而，Sheppard说，“我们的勘测不仅是为了找到这颗行星，还旨在将已知遥远天体的数量增加两倍。这些遥远的天体对行星非常敏感，而且精确地确定它们的聚集趋势将能更好地帮助我们定位这颗行星，并进一步证明它的存在。”

通过将已知绕轨道运行在海王星远处的矮行星数量（目前约为十几个）翻一番，研究人员认为他们可以更好地判断行星九是否真的存在。但Sheppard说，就目前而言，“所有具有大半长轴的最远近日点天体都明显地遵循着聚集趋势，但再次强调，我们讨论的只有一小 handful 的天体。”

虽然推测一个质量是地球数倍的隐藏行星潜伏在外太阳系的深处很有趣，但也有一些替代理论可以解释海王星外天体轨道的聚集，而无需行星九。例如，最近的研究表明，行星九的轨道扰动效应也可能由一个巨大、由遥远轨道上的小型冰雪岩石组成的天盘引起。

然而，Sheppard说，“行星假说最简单、最好的解释，这也是我们在2014年提出它的原因。一个巨大的天盘可能是可能的，但我们并没有在那里看到任何巨大的天盘，如果存在的话，解释起来会比仅仅有一个行星在那里更困难。”

因此，尽管Sheppard和他的同事们目前正在进行有史以来最广泛、最深入的太阳系冥王星以外天体勘测，但他们仍需努力才能了解行星九的真相。

但与此同时，Sheppard说，“能够观测从未被如此深入地成像过的天空，这非常令人兴奋。这就像《阿甘正传》里说的，我们拍的每一张照片都像一盒巧克力，你永远不知道会发现什么。”