尋找第九大行星？人人有機會！——「太陽系後院」項目介紹

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陽

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後

院

謝

利

智

還記得當年冥王星慘被踢出太陽系大行星行列嗎？

即使後來被拍到了萌萌噠的

「比心」

引起了一波網路熱潮

「狠心」的天文學家依舊把它歸類為矮行星。

於此同時

天文學家還在尋找新的第九行星

是為了往悲催的冥王星心上再捅一刀嗎？

當然沒有這麼無聊，他們是有理由的。

十九世紀四十年代、 勒維耶（ UrbainLe Verrier）通過計算天王星的軌道攝動迅速找到了海王星，然而後續分析發現海王星的引力不足以對天王星的軌道造成足夠的影響，人們猜測海王星外還有一個大行星。二十世紀初，羅威爾（Percival Lowell）開始尋找第九行星，然而直到他去世也沒有找到。羅威爾去世十幾年後，湯博（Clyde Tombaugh）發現了冥王星。

藝術家繪製的第九行星想像圖。圖片來源：NASA

隨著對冥王星的了解越來越多，天文學家們發現冥王星的質量太小，根本沒有辦法對天王星的軌道造成足夠影響，也不足以被稱為大行星；而且它周圍有很多和它類似的小行星，它們有類似的成分——岩石和冰（甲烷、氨和水組成的冰）；有的小行星的質量甚至比冥王星還大。所以2006年，冥王星從九大行星中被除名，被歸類於柯伊伯帶（Kuiper Belt）中的一個矮行星。

柯伊伯帶是位於距離太陽30-50個天文單位（地球到太陽距離）的一個環帶，由眾多小行星組成。2014年雙子天文台（Gemini Observatory）的特魯西羅（Chadwick A. Trujillo）和謝帕德（Scott S.Sheppard）發現柯伊伯帶中的一些天體的軌道有兩個奇怪的共性。一，這些天體的近日點（離太陽最近的位置）全部位於黃道面上；二，這些天體全都是從南向北穿過黃道面。這是很奇怪的，因為在太陽幾十億年的生命中，有許多大行星的引力會影響這些小行星的軌道，使得小行星們的近日點呈現一種隨機分布的狀態。而這種多個小行星的近日點嚴格位於黃道面上的幾率很小。2016年，加州理工大學的巴提金(Konstantin Batygin)和布朗（Michael E. Brown）通過數值模擬發現幾率是十萬分之七。所以他們認為這種被觀測到的數個小行星近日點「匯聚」的現象，說明有某種動力機制迫使這些小行星按照這種方式排列。他們猜測，一個遙遠的、位於柯伊伯帶之外的大行星可能會造成這樣的影響。

圖中中心點是太陽，中心黑色圓圈是海王星軌道，橙色是可能的第九行星的軌道，加粗部分是第九行星大部分時間存在的位置。

圖片來源：https://www.zooniverse.org

那麼什麼樣的行星才會造成這樣的影響呢？它的質量多大，軌道是什麼樣的？巴提金和布朗（布朗的推特名字正是冥王星殺手「plutokiller」）在他們的模擬中試了一系列的參數後，發現最合適的第九行星的參數應當是：質量至少為十倍地球質量，軌道半長軸約700個天文單位，軌道橢率大約0.6。

那麼要怎麼才能找到第九行星呢？2016年，加州大學的佛特尼（Jonathan J. Forteney）等人根據軌道參數分析了它可能的大氣成分和溫度，判斷出來第九行星的黑體輻射溫度大概是35-50K，應當從紅外波段觀測。而美國航天局（NASA）的廣域紅外巡天探測者（WISE， Wide-field Infrared SurveyExplorer）很有可能已經拍到了它，只不過我們還沒有把它認出來。

這並不奇怪。事實上，這種事情曾經發生過。冥王星的第一張照片似乎可以追溯到1909年，之後陸陸續續有約16張照片拍到過冥王星，可是它在1930年才被發現。原因就是冥王星實在距離太陽太遠，反射的光很弱，所以在照片上可能只是一點模糊的圖像，很難被肉眼辨認出來。而由於光線太暗，電腦也不能很好地判斷一個光點是噪音還是真正的天體，是行星還是背景的恆星，所以只能依靠人眼識別。而第九行星距離我們更遠，所在天區更廣，單憑少數幾個天文學家的眼睛尋找，無異於大海撈針。

於是天文學家決定開展一個公眾天文項目，叫作「太陽系後院：尋找第九行星」，邀請全世界的天文愛好者來一起尋找第九行星 。科敕拿（MarcKuchner）帶領的小組設計 了一個網站（https://www.zooniverse.org/projects/marckuchner/backyardworlds-planet-9），在上面展示處理後的WISE拍攝

到的圖像，任何人都可以輕鬆打開網站，開始尋找可

疑的天體。

註冊之後，點擊「classify」，你會抽到一片天區不同時刻的四張圖，四張圖可以按照動畫播放，所以你能看到這片天區隨著時間變化的樣子。圖上顏色駁雜，而你所要尋找的是兩種光點，一種是動點（mover），一種是雙極（dipole）。動點是走得較快的天體，通常是一個或者一組點，這些點都是小小的圓形，它們旁邊可能有一個黑點。動點在動畫播放時會清晰地從圖中沿直線運動。雙極是走得比較慢的天體，它們在圖中看起來是有一個黑點和亮點緊緊挨著，像半個月亮，有時這半邊亮，有時那半邊亮。如果你看到上述兩類的光點，就在圖中用網站自帶的小工具標識出來。另外，你也要小心那些迷惑你眼睛的光源。圖中還會出現恆星（走得較慢，或者形狀會發生變化），以及恆星旁邊的鬼影（行動路線不定，有時還會變色），要注意區分出它們來。

這張圖中的顏色並非人眼看到的顏色，而是紅外波段。藍色代表波長3.4微米的光，紅色代表波長為4.6微米的光。

圖片來源：https://www.zooniverse.org

「太陽系後院：尋找第九行星」這個項目不止要尋找第九行星，天文學家還期望能夠找到成千上萬的褐矮星。褐矮星是質量介於行星和恆星之間的天體，它像太陽一樣，也形成於氣體雲塌縮，但是它質量太小，於是還未進行充分的燃燒，它就已經慢慢冷卻。褐矮星能發出微弱的紅外輻射，所以WISE的巡天觀測可能會發現大量的褐矮星。這些褐矮星對恆星的形成理論以及行星的形成理論有很重要的研究價值。

太陽、小質量恆星、褐矮星以及木星的相對大小示意圖。

圖片來源：NASA

尋找新天體的過程一點都不輕鬆，你可能需要盯著圖上數不清的光點幾個小時，才能找出有清晰運動軌跡的那個。我試著盯了十分鐘，眼花繚亂，這一分鐘沉浸在發現的喜悅里，下一分鐘覺得完全找錯了。鑒於有四萬多名志願者參與，這項工作還是很有成效的。2017年2月項目開始向公眾開放，僅在23天後，就找出了一個疑似是褐矮星的天體。2017年5月，關於這個褐矮星 （WISEAJ110125.95+540052.8）的文章發表在天體物理通訊雜誌上，四個參與發現這顆褐矮星的天文愛好者也出現在作者列表裡。截止到2017年5月份，這個項目還發現了其他12個褐矮星的候選者。

尋找第九行星還在進行中。你要不要試試呢？吃完晚飯，打開電腦看一看天文圖片，找一找可能隱藏在某處的褐矮星，也許你的名字也會出現在天文學術研究雜誌上呢！

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