在太阳系八大行星之外，甚至在冥王星和矮行星之外的遥远区域，可能潜伏着一个被称为“第九行星”的重要新世界。很少有发现能像找到另一颗绕太阳运行的行星那样轰动，这使得这项壮举成为天文学家的圣杯，几个世纪以来，他们只成功地完成了几次。没有人确切知道这个虚幻的世界可能在哪里——甚至它是否真的存在。但在寻找它的竞赛中，研究人员现在正通过它对太阳系其余部分的影响来缩小其位置范围，大约将他们认为必须搜索的空间量减少了一半，而就在几个月前，他们还认为需要搜索更大的范围。上周，科学家们在加利福尼亚州帕萨迪纳举行的美国天文学会行星科学分会和欧洲行星科学大会的会议上详细介绍了他们在探索中取得的最新进展。
在一月，加州理工学院的天体物理学家Konstantin Batygin和Michael Brown公布了关于一颗巨大、未被发现的第九行星的证据。他们的计算机模型表明，这样一个世界的引力可能解释了柯伊伯带中几个冰冷天体的奇怪、倾斜的轨道，这些天体在太阳系的外围游荡。科学家们现在正争先恐后地使用地球上一些最大的望远镜，如夏威夷的昴星望远镜，成为第一个发现第九行星的人。
Batygin和Brown的研究缩小了该行星可能的质量和轨道范围，使其位于之前的观测可能遗漏的区域。他们的计算表明，它的质量是地球的五到二十倍——这个数字是了解他们正在寻找的物体的大概大小的关键。他们还认为，与太阳系平面（八大行星运行的相对薄而平坦的区域）相比，它的轨道可能倾斜约30度。他们还提出，这颗行星现在可能靠近其轨道上离太阳最远的点，位于天空的北半球，并且它可能具有一个平均距离太阳380到980天文单位（AU）的椭圆轨道。（一个天文单位是地球和太阳之间的平均距离。）
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然而，卡内基科学研究所的天文学家斯科特·谢泼德说，这些估计仍然留下了一片“大约1500平方度大”的天空区域，他和天文学家查德威克·特鲁希略在2014年首次提出了第九行星的存在。（相比之下，从地球上看到的满月覆盖了大约0.2度的天空。）谢泼德描述的这片区域相当于在昴星望远镜上观测约20个夜晚，“如果我们今年能有大约七个夜晚的观测时间，那就需要三年——如果这些夜晚都不下雨，”谢泼德说。
因此，目前这场竞赛的策略很大程度上是通过消除理论上的可能性来缩小搜索范围。Batygin说，在尚未发表的约100个新的高分辨率计算机模拟中，他和Brown已将第九行星的位置缩小到天空大约600到800平方度的区域。他们首先模拟了大约40亿年来的太阳系，重点关注太阳系中最大的行星——木星、土星、天王星、海王星和第九行星——的引力可能如何塑造数千个随机散布的柯伊伯带天体（KBO）的轨道。“我们正在寻找第九行星对太阳系所做的一切，”Brown说。
为了试图改进第九行星可能的轨道，研究人员接下来将他们的结果与柯伊伯带现在的样子进行了比较。“我们的工作产生了一个看起来很像真实太阳系的合成太阳系，”Batygin说。“鉴于我们的结果与我们在太阳系中实际看到的情况如此接近，我对第九行星确实存在于那里的信心已接近完成。”
进一步的策略包括检查第九行星自身可能对各种其他天体的引力影响。俄罗斯科学院应用天文学研究所的天文学家Yuri Medvedev和Dmitri Vavilov观察了768颗首次进入太阳系的彗星，注意到其中五颗可能在过去某个时候接近过第九行星——第九行星的引力会改变它们的路径。他们的分析表明，“也许是第九行星使这些彗星进入了太阳系，”Vavilov说。“我们认为彗星可能有助于缩小第九行星的位置范围。这将有助于找到其他彗星。”谢泼德说，他对“使用彗星来帮助寻找第九行星持谨慎态度，因为除了第九行星之外，可能还有许多其他力会影响彗星的轨道。... 尽管如此，虽然我对此表示怀疑，但这可能会有所帮助。”
哈佛-史密森天体物理中心的Matthew Holman和Matthew Payne对冥王星的分析未能找到支持或反对第九行星的结论性迹象。Holman说，这部分是由于冥王星旧档案图像的混乱性，这使得很难看出冥王星的轨道是否发生了偏移，从而暗示第九行星的存在与否。然而，他指出，来自地面无线电天线网络的高质量土星数据（该网络监控美国宇航局卡西尼号宇宙飞船的位置）非常有希望，并且与Batygin和Brown迄今为止报告的结果一致。
Holman说，分析火星轨道的变动也可能有助于找到第九行星。虽然第九行星对火星的影响小于对土星的影响——这是因为火星更靠近太阳，因此与太阳的引力束缚更紧密——但围绕火星运行的轨道飞行器比土星更多，而且它们观测这颗红色行星的时间更长，因此“它们的观测结果要精确得多，”Holman说。此外，“卡西尼号的测距数据精确到几十米，而地球和火星之间的测距数据精确到一米。”
更多关于第九行星影响的潜在证据可能在外部太阳系天体绕太阳运行所需的时间中找到。例如，亚利桑那大学图森分校理论天体物理学主席、天文学家雷努·马尔霍特拉说，已知轨道最长的四个柯伊伯带天体以模式运行，而这种模式最容易用第九行星的存在来解释。马尔霍特拉及其同事的工作还表明，第九行星的轨道可能有两个倾角，一个更接近太阳系平面，为18度，另一个更陡峭，约为48度——这些信息可能有助于缩小要搜索的广阔天空区域。
但是，一些研究似乎将可能的位置限制在这样的程度，以至于它可能完全排除第九行星的存在。例如，虽然之前的研究表明，第九行星的存在是因为某些柯伊伯带天体的轨道聚集在一起，但另一种解释可能是，可用的柯伊伯带天体观测数量有限，只是让它们的轨道看起来像是聚集在一起的，维多利亚大学的天体物理学家科里·尚克曼和加拿大国家研究委员会的萨曼莎·劳勒说。*
Brown认为，他和Batygin已经考虑了这种观测偏差的可能性——并且其他证据也表明第九行星是真实存在的。例如，Brown和他的同事说，他们发现这个幽灵世界的影响可能解决长期存在的谜团，即为什么太阳系平面相对于太阳是倾斜的。
亚利桑那大学的马尔霍特拉说，她对第九行星仍然持不可知论态度，但她指出，她和她的同事发现，极远处柯伊伯带天体的轨道似乎以一种难以用其他方式解释的方式倾斜。“我们看到的扭曲程度简直太疯狂了，”她说。“对我来说，这是我迄今为止遇到的最有趣的第九行星证据。”
*编者注（2016年10月26日）：这句话在发布后进行了更改，以更正萨曼莎·劳勒的机构隶属关系。