现代天文学的一个重大谜团是太阳系是否隐藏着一颗遥远的未被发现的行星。如果这颗行星相对较近——围绕海王星轨道附近或之内运行——它应该早已被发现。但如果它远得多——例如，在海王星轨道之外的柯伊伯带运行——天文学家将发现它极其难以追踪。
确实有证据支持这样一颗行星的存在。这来自于对冥王星、阋神星和鸟神星等海王星之外运行的小型冰质天体和矮行星的研究。这些所谓的“海王星外天体”并非均匀分布，而是似乎遵循一定的分布模式，仿佛被一股看不见的引力所牵引。
引力牵引
天文学家说，这股引力必定来自一个未被发现的邻居。这个想法提出了一些有趣的问题，其中最不乏的是这颗行星可能是什么样子，以及我们在哪里可能找到它。
现在，得益于日本近畿大学的Patryk Lykawka和日本国立天文台的Takashi Ito的研究，我们有了答案。他们利用海王星外天体的分布模式，预测了这颗未被发现行星的可能质量和距离。
他们得出结论，我们神秘的邻居可能运行在距离地球250-500个天文单位（au=地球到太阳的距离）的地方，质量约为我们家园行星的1.5至3倍。如果他们是对的，那么在太阳系的其他地方，就存在一颗与地球 remarkable 相似的行星。
海王星外天体拥有一系列 remarkable 的性质，这些性质不可能是偶然发生的。具体的细节揭示了这些天体在过去是如何受到影响的。
例如，较小的天体倾向于占据与较大天体轨道共振的轨道。这是由于在数十亿年的时间里，当较大的行星经过时，持续的引力扰动所造成的。这使得只有某些构型是稳定的。
因此，Lykawka和Ito专注于海王星外天体的三个基本性质，这些性质无法用已知行星的普通引力扰动来解释。第一个是，相当一部分这些天体运行在距离海王星引力影响之外的40 au以上。
这引发了一个问题：它们是如何到达那里的？什么样的引力扰动可能将它们引导到这种构型？
海王星外天体的另一个性质是，相当一部分天体具有高度倾斜的轨道，这使它们脱离了太阳系其余天体的轨道平面。只有特定类型的扰动才能形成这样的亚群。
最后，一些海王星外天体拥有奇特的轨道，这在传统的引力扰动模型中很难产生。例如，矮行星赛德娜的轨道异常椭长，从最近时的60 au延伸到最远时的近1000 au。
海王星或其他已知行星的引力相互作用无法解释这种轨道。至少还有九个海王星外天体也拥有类似的奇特轨道。
Lykawka和Ito表示：“一个成功的遥远柯伊伯带模型应该同时解释这些限制。”
雪球地球
天文学家认为，太阳系很可能形成了数十颗亚地级和地级行星，但由于碰撞和散射，它们大多已经流浪到星际空间。Lykawka和Ito探索的假设是，其中一颗是否仍然存在于太阳系中，并对海王星外天体的各种轨道负责。
为了找出答案，他们创建了一个太阳系的引力模型，模拟了一颗类地行星可能如何影响这些遥远的天体。“我们使用了广泛的模拟来证明，一个存在的、未被发现的类地行星可以解释遥远的柯伊伯带中的主要限制，”他们说。“我们发现，一颗质量为地球1.5-3倍的柯伊伯带行星可以解释[这些]性质，”他们说。
这颗类地行星必须运行在250 au到500 au之间，其轨道相对于太阳系倾斜30度。更重要的是，该模型预测了更多具有赛德娜式奇特轨道的海王星外天体的存在。未来对此类天体的任何发现都将增加Lykawka和Ito说法的可信度。
这是一个 fascinating 的结果，它表明在宇宙深处，可能有一颗与地球相似的行星等待着被发现，尽管它一定比我们自己的星球要寒冷和黑暗得多。我们无法知道Lykawka和Ito的说法是否正确，但肯定会有不少天文学家掸去望远镜上的灰尘，拿起镜头布，倒满热咖啡，努力去发现它。
参考：遥远的柯伊伯带是否存在一颗类地行星？：arxiv.org/abs/2308.13765
