在太阳系的最外围,位于柯伊伯带之外,隐藏着多少秘密一直是天文学家们孜孜以求的谜题。自2014年首次提出“行星九”假说以来,这颗神秘巨型行星是否真正在宇宙深处缓慢运行,成为天文学界最具争议又最令人期待的课题之一。如今,由台湾国立清华大学的天文学家詹特利·朗·潘(Terry Long Phan)带领的研究团队通过比对1983年和2006年两次深红外巡天数据,发现了一个可能属于行星九的天体,重新点燃了人们对这颗未解之谜的兴趣。 行星九的概念最早由加州理工学院的迈克尔·布朗(Michael Brown)和康斯坦丁·巴特京(Konstantin Batygin)在2016年提出,原因源于他们对柯伊伯带一些冰冷天体绕太阳轨迹的异常分布进行研究。相比众所周知的海王星及其外侧天体,行星九被推测质量大约是地球的十倍,尺寸是地球两到四倍,轨道极其扁长且远离太阳数百天文单位。这里的一天文单位是地球到太阳的平均距离,约为1.5亿公里。
如果这一假说成立,行星九将位于大约700天文单位外,几乎是海王星轨道的23倍远。如此巨大的距离,让传统光学望远镜难以捕捉其微弱的反射光,导致迄今未被明确观测到。因此,科学家们转而寻求红外波段的天文数据,因为这样一个冷却的巨大天体会在中红外和远红外波段发出更强烈的热辐射信号。 台湾团队针对1983年由美国发射的红外天文卫星IRAS(Infrared Astronomical Satellite)和2006至2011年间日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)部署的AKARI进行数据挖掘。研究策略巧妙地利用两次巡天之间23年的时间,以捕捉可能在天幕上缓慢移动的目标。考虑到如此遥远的距离,行星九如果存在,应该以每年约三角分的角速度移动。
简单来说,一角分是角度的六十分之一,因此其移动极为缓慢难以察觉。 除了自身运动外,地球在太阳周围绕行所引起的视差效应也造成观测目标的视位置周期性改变。视差效应类似于我们闭上一只眼再换另一只眼观察手指时,手指似乎“移动”的现象。潘博士团队非常巧妙地针对相同日期进行比对,以抵消地球公转引起的视差,确保排除假象移动,锁定真实的轨迹变化。 通过高强度筛选和逐小时检测运动变化,研究者最终在两组红外数据中锁定了一个疑似目标。在1983年IRAS拍摄的天空图像中出现的一个红外点,在AKARI2006年的数据中则移动到了距离原点约47.4角分的位置。
这一移动范围,恰好符合理论预期的行星九轨道运动距离。 该候选天体的红外亮度表明其质量极有可能超过海王星,这一点令研究人员颇感意外。此前,科学界普遍认为行星九的质量应为超地球级别,即大约地球的十倍左右。此前曾有NASA的WISE(Wide-field Infrared Survey Explorer)巡天任务排除了太阳系内存在木星质量以上行星的可能,但海王星级别天体的存在仍未被完全排斥。 潘团队曾结合WISE数据进行比对,但未发现该目标的任何直接证据,这主要是因为天体可能在2006年至今的位置发生了进一步移动,令WISE难以覆盖正确区域。目前能做的是锁定位置,并运用拥有大视场的现有大型光学设备,如在智利的布兰科望远镜上的暗能量相机(Dark Energy Camera),进行区域扫描和深入曝光寻找。
如果这颗天体真是行星九,它的轨道极为特殊,距离太阳近日点为约280天文单位,而远日点可能达1120天文单位,远远超出太阳系传统范围。行星九或许起源于太阳系早期形成阶段,初步形成位置接近内侧的巨大气态行星群,如木星、土星、天王星或海王星,随后因引力散射而被抛射至远太阳系的偏远轨道。 除此之外,还有一种假说认为它可能是早期太阳系形成时,太阳在星团中的近邻系统遗弃或捕获的流浪行星。这样一颗行星被引力束缚进入太阳系轨道后,经历长期稳定演化,形成如今的极端轨迹。 尽管此次发现令人振奋,这并非行星九候选体首次出现。2021年,来自英国帝国理工学院的天文学家迈克尔·罗文-罗宾逊(Michael Rowan-Robinson)也曾在IRAS数据中发现一个潜在目标,质量估计为三到五个地球质量,位置较近约225天文单位。
遗憾的是,该发现未能在AKARI或其他独立数据中得到证实,尚处于争议之中。相较之下,潘团队这一候选目标因为在两次不同期间的卫星数据中均有侦测,可信度有所提升。 在不远的未来,随着南方天文台将启用“南方红外巡天望远镜”和“维拉·鲁宾天文台”等高灵敏度、宽视野设备,天文学家们将能以更高时间分辨率和深度影像继续追踪这一目标。美国国家航空航天局即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜亦将为深空搜寻提供优质数据支持。 太阳系的边界和远日点领域一直是充满未知的领域,也许行星九正是揭示这一领域结构的关键。当我们能够确定其存在与轨道参数,或将为理解早期太阳系形成历史、行星动力学演化以及外太阳系天体的异常轨道提供重要线索。
目前,潘博士团队发表的研究已被《澳大利亚天文学会出版物》录用,标志着行星九的科学探索正式迈入一个新篇章。只待后续的观测验证和分析解析,这颗神秘巨型天体是否真正存在的谜底,将有望终被揭晓。 太阳系的探索仍在继续,宇宙的辽阔和奥秘永远激励着天文学家们一往无前。行星九的发现不只是点亮了科学研究的新方向,也让我们对宇宙的理解更加深邃、丰富。未来的观测和探索,将逐渐剥开太阳系边界神秘的面纱,带给人类更多关于宇宙演化的启示和感动。