第九行星可能已被探測到，只是沉睡在 NASA 觀測數據中

人類從未停下探索宇宙的腳步。

了解天文的人，或許可以很快說出太陽系中八大行星的名字；但如果年齡更大些的，應該還有“九大行星”的印象：作為曾經末位的冥王星，在 2006 年被科學家“踢出”行星行列，並定義為矮行星——那些太陽周圍軌道上近似球形的天體，其無法清空所在軌道上的鄰居，同時也不是衛星。

而對行星的定義，也被新確立為：圍繞太陽旋轉，能在自身引力作用下形成近似球形，並且所在軌道除了自己的衛星外沒有天體。在過去十幾年裡，天文學家們鍥而不捨地追尋著下一顆“第九行星”。

最近一項研究表明，第九行星可能已經被觀測到，只是目前還隱藏在美國宇航局（NASA）的凌星系外行星巡天衛星——TESS 的觀測數據中。

研究人員表示，在太陽系的深處似乎潛伏著某種巨大的東西，其攪亂了海王星附近的一些庫珀帶岩石軌道。部分天文學家認為它是一顆行星，其質量大約是地球的 5 倍，他們將其稱之為“第九行星”。不過，找到這個“潛伏者”的過程十分艱難且緩慢，好消息是，NASA 巡天衛星的探測數據配合軟體的數據計算推動了天文學家的工作。

圖 | 八大行星——從太陽向外依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星（來源：Pixababy）

行星探索望遠鏡的”升級”

TESS 是 NASA 的“探索者計劃”太空望遠鏡之一，其核心成像載荷由麻省理工學院設計和建造，在 2018 年 4 月發射升空之後就開始了它的搜尋行星之旅。

TESS 採用凌日法——利用行星對恆星光源的遮擋來探測系外行星，它長時間地注視著天空，尋找由我們與恆星之間繞行的行星所引起的微弱的、有規律的星光下降（即凌日）；同時，從恆星變暗的程度也能推測出行星相對於恆星的大小。

它一方面主要搜索太陽系外行星，以試圖為人類尋找潛在的“第二地球”；另一方面也注視著太陽系內的各個天體。但對於行星搜索望遠鏡來說，尋找非常遙遠的行星和去找相對較近的行星完全是兩碼事。

因為，對於第九行星來說，探測它的凌日是不可能的——它根本不會在 TESS 和太陽之間通過。而且，單次曝光也無法顯示出像第九行星那樣微弱的物體。但是，TESS 長時間注視天空的方式可以和一種被稱為數字追蹤（Digital Tracking）的天文學技術相結合，從而得到一些新的啟發。

圖 | 第九行星可能已被 TESS 發現，但 NASA 還不知道（來源：NASA）

為揭示凌日現象短暫的驟降，TESS 拍攝了很多張同一視野下的照片。如果研究人員將這些圖像堆疊起來，模糊的物體會變得更亮，從而暴露出原本隱藏的物體。

由於第九行星是一個移動的天體，因此僅僅把圖像堆疊在一起並不一定能揭示該行星。那麽研究人員就需要做出一些猜測，才能計算出天體的預估軌道，然後將曝光排序到估計位置的中心，再次堆疊圖像。

研究人員表示：“為了發現軌道未知的新天體，我們可以去嘗試所有潛在可能的軌道！”

應用數字追蹤技術只需將圖像，以及軌道和視差校正（TESS 在地球上具有高度橢圓形的軌道，因此視線在移動時會發生偏移）輸入到軟體程序中，然後靜候結果即可。這聽起來好像漫無目的，但實際上卻很可能行得通——“老一輩”的哈勃太空望遠鏡就已經使用數字追蹤技術來發現海王星以外的一些天體。

是否有足夠的算力

如果說，研究人員能夠推測出第九行星可能的運行軌道，那麽科學家面臨的下一個問題就是——TESS 是否有足夠強大的能力去探測。好在這也有一種測試方法。

模型表明，第九行星的表面亮度（即從地球上看到的亮度）在 19 ~ 24 之間。一些已知的繞海王星軌道運行的天體，其在這個範圍內有明顯的波動，包括 Sedna（20.5~20.8），2015 BP519（21.5）和 2015 BM518（21.6）。

因此，該團隊使用數字追蹤技術解決了上述三個對象中的每一個，並且發現雖然所有這三個對象能被顯示為很模糊的圖像，但卻依然可以在這樣低分辨率晶體的圖像中被辨認出各自的特點。

圖 | 上部為預計的探測效率；下部從左到右則依次是 Sedna、2015 BP519 和 2015 BM518 的預測位置視野內的堆疊圖像（來源：Research Notes of the AAS）

如果說，TESS 能夠看到在這個量級範圍內的任何物體。研究人員分析稱：“這意味著它也應該能夠看到第九行星，甚至說第九行星的相關觀測數據可能已經存在於 TESS 的數據中——只是人們尚未找到它。”

但問題是，這種探測與計算方法其實和暴力破解密碼的窮舉法十分相似，研究人員必須要測試所有可能的軌道，這樣一來就需要進行大量的計算。“不知道是否有人還能提供多餘的超級計算機？”研究人員開玩笑道。

不同聲音：老九也可能是個“黑洞”

在今年的早些時間，英國杜倫大學的物理學家 Jakub Scholtz 與美國伊利諾斯大學的 James Unwin 提出：人們至今未能發現所謂的“第九行星”，可能因為它不是一顆行星，而是一個原初黑洞（primordial black hole）；其直徑可能不到 5 cm，但密度極高，正與地球一樣繞著太陽運行。

原初黑洞（又稱為太初黑洞），是一種假想的黑洞類型。這類黑洞不是由大質量恆星的引力坍縮形成的，而是來源於宇宙早期大爆炸暴漲時物質的超高密度。雖然到目前為止，並沒有任何證據能直接支持原初黑洞的存在，但此前有多個研究指向：原初黑洞可能是普遍存在的。

其中一個重要的研究就是由波蘭華沙大學發起的光學重力透鏡實驗（Optical Gravitational Lensing Experiment，簡稱 OGLE）項目，其目標是根據引力透鏡效應來尋找宇宙中的黑暗物質。根據廣義相對論，引力透鏡效應就是當背景光源發出的光在引力場（如星系、星系團及黑洞）附近經過時，光線會像通過透鏡一樣發生彎曲。

多數引力場都是巨大的，它可能是一整個星系甚至是星系團，但 OGLE 研究過程中觀測到的多個結果指出：有些引力場可能並沒有星系那麽大，並且離太陽系的距離可能非常近。這些物質密度非常高，質量是地球的 5 倍左右。

這些物質到底是什麽？目前的研究還未能對此作出判斷，而其中一個重要的猜想就是：原初黑洞。也許正是它在銀河系的範圍內造成了引力透鏡效應。

圖 | 可能是原始黑洞的第九行星（來源：NAGUALDESIGN; TOM RUEN/WIKIMEDIA COMMONS）

Scholtz 和 Unwin 正是根據 OGLE 的觀測結果，將原初黑洞與第九行星聯繫了起來。他們表示，如果 OGLE 觀測到的引力透鏡事件是原初黑洞造成的，那麽被太陽系捕獲的原初黑洞也可能讓太陽系邊緣的星體出現軌道異常。

而天文學家追逐第九行星的原因，也是因為這些異常現象：在太陽系的邊緣有個柯伊伯帶，裡面遍布著由岩石和冰塊組成的星體。柯伊伯帶上有的星體個頭很小，容易受到附近大行星的引力干擾，但其中還有許多運動十分獨立的星體，它們的軌道大不相同。一些星體甚至是繞太陽公轉，另一些的軌道具有偏心率極高（很扁的橢圓），還有一些軌道平面上翹，與黃道面形成了顯著的夾角。

要產生這樣的效果，一個海王星或是“降級”了的冥王星都是遠遠不夠的。因此，天文學家提出了一個假設，一定有其它的大質量星體在某個地方暗中發力，也就是一直被追尋至今的第九行星。

總而言之，不論是已經存在於 TESS 數據中心的第九行星，還是有科學家預測的原始黑洞，這都代表著人們在廣袤宇宙時刻保有的好奇心，以及對星辰大海孜孜不倦地追尋。

-End-

參考：

https://www.sciencealert.com/tess-may-have-already-spotted-the-mysterious-planet-nine

https://www.technologyreview.com/s/614441/is-planet-9-actually-a-primordial-black-hole/