太阳系外围是否存在孤单的 Planet Nine？

作者：Paul Gilster | 2025年5月6日 | Outer Solar System | 7 comments

正如 Robert Browning 所说：“啊，但是人的目标应该超过他的能力，否则天堂有什么用？” 这是一个令人振奋的想法，但我们并不总是知道我们的目标应该是什么。就太空探索而言，一个遥远但可行的目标是太阳引力透镜距离，大约从 550 AU 开始。到目前为止，SGL 绝对超出了我们的能力，但 Slava Turyshev 及其团队在 Jet Propulsion Laboratory 正在进行任务设计的扎实工作。

目标需要引人入胜，也许我们以前没有考虑过的目标现在正在出现。 Planet Nine，这个假设的世界可能潜伏在我们太阳系的外围，这将是一个非凡的发现，它将以同样的方式吸引未来的任务设计师。

这很有趣，因为现在我们的深空目标需要明确定义。 我喜欢 Interstellar Probe 的想法，这是在 JHU/APL 设计的航天器，但是用从外部回顾太阳圈的想法来激发公众的热情是很难的（尽管科学回报将是惊人的）。将 Pluto 卖给当权者已经够难了，但是 Allen Stern 及其团队完成了这项工作，因为他们拥有一个从未被近距离观察过的完整世界。如果找到 Planet Nine，它是否会成为某些预算紧张的团队找到探索方法的目的地？

鉴于我们的行星探测技术最适合于更靠近其恒星的较大行星，因此我们还有很多关于行星人口统计学方面的知识需要学习。 但是最近的一项微透镜研究表明，我们星系中多达三分之一的恒星应该拥有一颗位于类似木星轨道的超级地球（引文如下）。 微透镜很有帮助，因为它可以揭示距离其母星很远的行星。 超级地球似乎很丰富。 如果存在，Planet Nine 不在木星轨道上，但可能比 Neptune 小。

在很多方面，这颗行星都是有道理的。 我们在无数的恒星系统中发现了像它这样的行星。 我们也知道，引力弹弓的机制可以将一颗行星完全推出其系统，或者进入一个全新的轨道，从而解释了我们之前缺乏探测的原因。 我们正在讨论的是一颗类似于超级地球或迷你 Neptune 的行星，前者大于我们的行星但仍然是岩石行星，后者小于 Neptune 但属于气态行星。

图片： 这张插图展示了 Planet Nine 绕太阳运行的情形。我们已经在其他恒星周围发现了许多这样的世界，但是由于它的距离以及可能偏离黄道的轨道，因此在我们的后院找到一个需要时间。假设根本存在一颗行星。 图片来源：NASA/Caltech。

一些外太阳系天体的轨道中的证据表明，有什么东西在扰乱它们的路径，并且似乎牵涉到某个大东西。现在，经过多年的证据收集和辩论，我们至少有了一个可能的世界候选者。 这篇论文正在 Publications of the Astronomical Society of Australia (PASA) 处理中，尽管尚未发表，但它深入研究了来自 Infrared Astronomical Satellite 以及 AKARI（一颗比 IRAS 更敏感的日本卫星，于 2006 年发射）的数据。

遥远的 Sedna 和其他具有不寻常轨道特征的类似天体告诉我们，必须有某种东西来解释它们的高偏心率和倾角，而许多 Kuiper Belt 天体似乎也受到了类似的影响，如它们的轨道方向所示（通过所谓的 近日点幅角). 计算结果表明，质量约为 10 个或更多地球质量，半长轴约为 700 AU。

图片： 太阳系中六个最遥远的天体（轨道完全在 Neptune 之外，用品红色表示）都神秘地排列在一个方向上。 此外，从 3D 角度观察时，所有这些冰冷小天体的轨道都向同一方向倾斜，远离太阳系的平面。 PL-Caltech/R. Hurt。

这项分析投入了大量工作，所有这些都由来自 Terry Long Phan（台湾清华大学）及其同事的论文出色地总结了。 光学调查至今未能找到这个天体，但是 700 AU 完全是 Neptune 距离太阳的 23 倍，足够远，以至于可见波长需要让位于红外线才能找到它。

Phan 的团队使用上述两个远红外调查（均为全天域范围，但相隔 23 年，可进行有用的比较）寻找 500 到 700 AU 范围内的候选天体。 想法是找到一个在 23 年后从 IRAS 位置移动到 AKARI 位置的天体。 假设他们寻找的质量和距离，他们必须移除银河中心方向的恒星和噪声源。 将范围缩小到 13 对配对后，Phan 和他的博士生导师 Tomotsugu Goto 只发现了一对在颜色和亮度上匹配，表明它们是同一个天体。

该论文以这种方式引用了结果：

经过严格的选择，包括目视图像检查后，我们发现了一个很好的候选配对，其中 IRAS 源未在 AKARI 图像中的同一位置检测到，反之亦然，预期角间距为 42' – 69.6'。 AKARI 检测概率图表明，我们的候选对的 AKARI 源满足对一个慢速移动天体的要求，该天体在一天内进行了两次检测，并且在 6 个月前的日期未检测到。

图片： 这是论文中的图 5。标题：我们优秀候选对的 IRAS（左）和 AKARI（右）切割图像之间的比较。 绿色圆圈表示 IRAS 源的位置，而白色圆圈表示 AKARI 源的位置。 每个圆圈的大小为 25 英寸。 黄色箭头及其中的数字（以角分表示）显示了 IRAS 源和 AKARI 源之间的角间距。 由于 AKARI-MUSL 的特性（包括未经每月确认的移动源），右图中的 AKARI 源无法作为真实物理源看到。 来源：Phan 等人。

这可以被认为是诱人的，但仅此而已，因为从这两个观测结果中不可能确定该天体的轨道。 作者说，570 兆像素的 Dark Energy Camera (DECam) 可能对后续观测有用。 但我也注意到 Hannah Richter 在 Science 上发表的一篇文章。 作者引用了 Caltech 天文学家 Mike Brown 的话，他于 2016 年提出了最初的 Planet Nine 假说。

Brown 认为，该天体不太可能是 Planet Nine，因为它的轨道比对未发现的世界的预测倾斜得多。 换句话说，在这个位置的行星不会对太阳系产生观测到的影响。 事实上，在这个轨道上的一颗行星会使计算出的 Planet Nine 轨道本身不稳定，这将完全消除 Planet Nine。

那里是否有一颗完全不同的行星？ 未来的观测必须解决这个问题。 让我惊讶的是，这种搜索花了这么长时间才发生。 当经验丰富的观察员可以促使冉冉升起的科学家考虑迄今尚未探索的途径时，就会取得发现。 我认为我们可以为 Phan 的博士生导师 Tomotsugu Goto 的洞察力表示赞赏，他建议年轻的天文学家朝这个方向发展，值得关注。

现在，回到我开始这篇文章时的想法，即使对于目前处于规划阶段的任务，也有一些影响。 从论文中：

最近的一些研究提出并评估了未来行星和深空任务用于 Planet Nine 搜索的前景，包括测量 100 AU 以外的引力变化的专门任务（Buscaino 等人，2015 年），Uranus Orbiter 和 Probe 任务（Bucko、Soyuer 和 Zwick，2023 年）以及 Elliptical Uranian Relativity Orbiter 任务（Iorio、Girija 和 Durante，2023 年）。

将来我们将更深入地研究这些任务。 目前，我发现对 Planet Nine 的兴趣令人鼓舞，因为即使在预算匮乏的时代，我们也可以通过使用现有仪器进行探索并考虑有一天能够发送的任务设计来开展有用的科学研究。 在这方面，Planet Nine——或者甚至是一个距离太阳同样遥远的不同世界——是推进科学的动力和想象力的驱动力。

该论文是 Phan 等人的“使用 IRAS 和 AKARI 数据搜索 Planet Nine”，已被 Publications of the Astronomical Society of Australia (PASA) 接受发表。 预印本。 关于超级地球的论文是 Weicheng Zang 等人的“微透镜事件表明，超级地球系外行星在类似木星的轨道中很常见”，Science 第 388 卷，第 6745 期（2025 年 4 月 24 日），400-404 (摘要)。

7 条评论

1. Alex Tolley 在 2025 年 5 月 6 日 13:32 Planet 9 可能是我们的 Ultima Thule。 在 700 AU，地狱肯定会结冰。 无论这个试探性的观测是否是 Planet 9，它仍然是一个有趣的观测，也是一个例子，我认为，证明 AI 不会为我们完成所有的科学工作。 （至少不是 LLM）。

Yukinobu Hoshino 的 2001 Nights 漫画有一颗名为 Lucifer 的巨行星，位于 Pluto 轨道之外，结果发现它是由反物质构成的。

从目前为止的红外工作来看，区分该距离的行星与太阳的最佳波长是什么？ 如果它很冷且没有内部热量，那么表面温度会是多少？ Pluto 似乎有一些残留的内部热量。 一颗比地球大几倍且成分相似的岩石行星会有多少内部热量，表面会有多热？ 它应该与冰体区分开来。 不同的波长是否可以使这样的行星与恒星区分开来，从而将这样的世界（以及任何流浪行星）与恒星背景隔离？ 回复

2. Benjamin R Stockton 在 2025 年 5 月 6 日 13:39 鉴于科学表明那里有“某种东西”影响着轨道，我不明白为什么应该只有一个这样的物体？ 如果可以对至少一个额外的物体进行建模，那么消除轨道扰动可能更容易。 我可能出于无知而这样想，但是从讨论中似乎 Mike Brown 对潜在的行星位置的评估与引用的工作中显示的评估不同。 我不知道如何自己找到它，但我喜欢想象一颗带有大卫星的大行星，卫星被潮汐应力加热，可能孕育着大气层和冰冻水。 这样的地方将成为深空任务加油的绝佳“空间站”…… 回复

3. Qem 在 2025 年 5 月 6 日 14:25 它是否与 Lykawka 和 Mukai 提出的替代物体兼容？ 查看“Pluto 以外的外部行星和跨 Neptune 带结构的起源”。 DOI：10.1088/0004-6256/135/4/1161 回复

4. Jesus Olmo 在 2025 年 5 月 6 日 15:39 （未见行星的挽歌） 在 Neptune 的目光之外，一个阴影在寒冷中舞动—— Planet Nine 在低语。 轨道交织在一起，黑暗的无声牧羊人，看不见的质量，却能感觉到。 在 Kuiper 的寂静中，重力微妙的手指指向隐藏的世界。 望远镜的长眼在星光熠熠的深渊中寻找远方的朋友。 数学歌颂着一颗行星的安静拉力——看不见的舞者。 回复

   • Paul Gilster 在 2025 年 5 月 6 日 15:41 很棒的创意！ 回复

5. Ron S. 在 2025 年 5 月 6 日 15:56 我仍然记得我们寻找 Planet 10 的美好旧时光。 回复

   • Paul Gilster 在 2025 年 5 月 6 日 16:04 我们一定差不多大…… 回复