太陽(yáng)系邊界

探索史

從古至今，人們關(guān)于太陽(yáng)系的構(gòu)成和邊界的認(rèn)知在不斷更新。我國(guó)早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就有五星的說(shuō)法，但是當(dāng)時(shí)它們的名稱不叫金星、木星、水星、火星、土星，而是分別叫做太白、歲星、辰星、熒惑、鎮(zhèn)星。并且，這五顆行星是和太陽(yáng)、月亮并列的，并稱為“七政”。

宋蔡沈傳："七政，日月五星也。七者，運(yùn)行于天，有遲有速，猶人之有政事也。"

近代時(shí)期，通過(guò)運(yùn)行軌道計(jì)算和望遠(yuǎn)鏡觀察等手段，天文學(xué)家逐漸發(fā)現(xiàn)了天王星、海王星和已經(jīng)被踢出太陽(yáng)系行星成員之一的冥王星。在以前很長(zhǎng)一段時(shí)間里，太陽(yáng)系的行星家族被定義為九大行星，從太陽(yáng)向外依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。自1930年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，冥王星一直被視為太陽(yáng)系的邊緣守護(hù)者，這個(gè)格局持續(xù)了70年左右。然而，隨著天文學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)它的認(rèn)知逐漸發(fā)生了變化。

太陽(yáng)系目前的八大行星

2006年，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）對(duì)行星的定義進(jìn)行了重新修訂。根據(jù)新的定義，行星必須滿足三個(gè)條件：圍繞太陽(yáng)運(yùn)行、有足夠的質(zhì)量使其自身呈近似球形、清除了其軌道附近的其他物體。冥王星雖然滿足前兩個(gè)條件，但其軌道附近存在許多其他類似它的小天體，因此被重新定義為“矮行星”。至此，太陽(yáng)系又回歸了八大行星的組成。

盡管如此，冥王星的“降級(jí)”并沒有讓研究人員停止對(duì)太陽(yáng)系邊緣的探索，反而激發(fā)了他們尋找太陽(yáng)系可能存在的“第九行星”的熱情。

“第九行星”

真的存在嗎？

在太陽(yáng)系遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶，存在一群特殊的天體 ——外海王星天體（TNOs）。其中，于2003年發(fā)現(xiàn)的賽德娜（Sedna），擁有極長(zhǎng)的橢圓公轉(zhuǎn)軌道，其近日點(diǎn)距離達(dá)76個(gè)天文單位（AU），遠(yuǎn)超已知行星引力擾動(dòng)范圍。同時(shí)，外海王星天體的軌道存在令人費(fèi)解的 “聚集” 現(xiàn)象：不僅近日點(diǎn)方向高度集中，連軌道平面也緊密靠攏，這樣的聚類靠隨機(jī)概率發(fā)生的可能性僅為 0.007%，幾乎不可能是巧合。為解釋這些現(xiàn)象，2016年，科學(xué)家首次提出了太陽(yáng)系存在第九個(gè)行星的假說(shuō)：這顆行星的引力就像一只 “無(wú)形的手”，通過(guò)共振耦合和引力擾動(dòng)，牢牢 “約束” 住了柯伊伯帶天體的軌道，讓它們保持著整齊的排列。

第九行星 Planet X 的軌道示意圖

2024年，提出“第九行星”假說(shuō)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用新的觀測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算模型，提出了更精確的軌道參數(shù)估計(jì)，認(rèn)為“第九行星”的質(zhì)量約為地球的6.6倍，軌道半長(zhǎng)軸約為500天文單位。這一進(jìn)展使得這顆潛在新星的搜索范圍大幅縮小，為未來(lái)的觀測(cè)提供了更明確的方向。

2025年，科學(xué)家通過(guò)對(duì)比23年間（1983-2006）的衛(wèi)星的遠(yuǎn)紅外數(shù)據(jù)，在200萬(wàn)個(gè)天體中篩選出一個(gè)特殊的移動(dòng)目標(biāo)。這個(gè)目標(biāo)的亮度和運(yùn)動(dòng)軌跡與第九行星的理論模型高度一致，其質(zhì)量約為地球的6.7倍，軌道半長(zhǎng)軸約為600天文單位。這一發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是迄今為止最接近確認(rèn)“第九行星”存在的證據(jù)之一。

不過(guò)，2025年一項(xiàng)最新研究也帶來(lái)了新的疑問(wèn)：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆名為“2023 KQ??”（Ammonite菊石）的外海王星天體，其近日點(diǎn)達(dá)66 AU，軌道穩(wěn)定，卻與其他外海王星天體的軌道方向不一致，反而位于“反聚集”位置。這一發(fā)現(xiàn)可以說(shuō)在某種程度上否定了“第九行星”假說(shuō)。這也意味著，若第九行星確實(shí)存在，其引力影響可能并不適用于所有遠(yuǎn)距天體，需對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行修正。2023 KQ??的出現(xiàn)為“第九行星”假說(shuō)增添了新的不確定性，也提示我們太陽(yáng)系的邊緣或許比預(yù)期更加復(fù)雜。

“第九行星”

以什么狀態(tài)存在？

想象一下，在太陽(yáng)系的邊緣，除了海王星以外，還有一顆行星孤獨(dú)地圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。那么，它可能是什么樣子的呢？

由于距離太陽(yáng)極為遙遠(yuǎn)，“第九行星”的表面溫度可能極低。并且，它的表面可能覆蓋著厚厚的冰層，類似于天王星和海王星；不過(guò)，也有科學(xué)家認(rèn)為它的質(zhì)量和軌道特征表明其組成更接近地球這樣的巖石行星，但不排除有少量水冰。

根據(jù)研究人員目前的推測(cè)，第九行星的軌道極為特殊，是近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)相差很遠(yuǎn)的一個(gè)拉長(zhǎng)的橢圓軌道。這意味著它繞太陽(yáng)一圈可能需要上萬(wàn)年。此外，它的軌道傾角最高高達(dá)30度，顯示出一種高度傾斜的軌道特性，這使得它在太陽(yáng)系中顯得格外與眾不同。

第九行星的概念圖

何時(shí)才能見到

“第九行星”的真面目呢？

盡管“第九行星”的假說(shuō)引起了大家極大的興趣，但由于它的軌道距離遙遠(yuǎn)、亮度微弱、可能的軌道范圍極為廣闊，受限于從前的觀測(cè)技術(shù)，我們至今沒有直接觀測(cè)到它。

不過(guò)，新的觀測(cè)設(shè)備為“第九行星”的探測(cè)帶來(lái)了希望！這其中，位于智利的薇拉·C·魯賓天文臺(tái)備受矚目。這臺(tái)地基望遠(yuǎn)鏡配備了世界上最大的數(shù)碼相機(jī)，擁有超乎想象的強(qiáng)大觀測(cè)能力。2025年6月23日，魯賓天文臺(tái)已經(jīng)公布了拍攝的首批圖像：在10個(gè)小時(shí)的測(cè)試觀測(cè)中，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2104顆此前未發(fā)現(xiàn)的小行星！后續(xù)，魯賓天文臺(tái)還將進(jìn)行為期十年的巡天計(jì)劃（LSST），持續(xù)拍攝南半球星空的超高分辨率圖像。

如果“第九行星”真的存在，那么魯賓天文臺(tái)一定能夠看到它！

魯賓天文臺(tái)將在未來(lái)十年里，在排除與驗(yàn)證中，為我們的認(rèn)知邊界劃出更清晰的坐標(biāo)，無(wú)論結(jié)果如何，都是人類向宇宙未知的又一次堅(jiān)定邁進(jìn)。

位于智利的薇拉·C·魯賓天文臺(tái)

薇拉·C·魯賓天文臺(tái)拍攝的圖像組合而成：三葉星云和礁湖星云的氣體和塵埃云

參考文獻(xiàn)

[1]Batygin, Konstantin & Brown, Michael. (2016). Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System. The Astronomical Journal. 151. 22. 10.3847/0004-6256/151/2/22.

[2]Brown, Michael & Holman, Matthew & Batygin, Konstantin. (2024). A Pan-STARRS1 Search for Planet Nine. The Astronomical Journal. 167. 146. 10.3847/1538-3881/ad24e9.

[3]Phan TL, Goto T, Yamamura I, et al. A search for Planet Nine with IRAS and AKARI data. Publications of the Astronomical Society of Australia. 2025;42:e064. doi:10.1017/pasa.2025.10024

來(lái)源：石頭科普工作室

編輯：韶音

轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點(diǎn)

不代表中科院物理所立場(chǎng)

如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原公眾號(hào)