天文学|发现第九大行星？

这几天主页君又被各种“人类发现太阳系第九大行星”的传言刷屏啦，不过媒体嘛总想搞个大新闻这种事儿咱也不是第一次见了对吧，博人眼球神马的也是蛮拼的，主页君也觉得没啥立场指责人家。不过看热闹归看热闹，了解事实真相也是很重要滴，所以咱们看完热闹也来科普一下真相啦。

【到底发生了神马？】

2016年1月20日，美国加州理工大学（Caltech）Batygin and Brown团队在The Astronomical Journal(AJ)上发表了一篇论文：EVIDENCE FOR A DISTANT GIANT PLANET IN THE SOLAR SYSTEM《太阳系远处存在巨行星的证据》。

↓刚看了下这篇paper的下载量已经超过20w了，作为一篇纯学术性论文，这关注度真不是盖的了，Batygin and Brown团队恐成最大赢家2333333

【这篇文章讲了啥？】

Trujillo and Sheppard团队(2014) 在研究2012VP113的时候注意到柯伊伯带(Kuiper Belt objects, KBOs)的一些矮行星和其他小的冰质星体的轨道倾向于聚集到一起（cluster together）。Batygin and Brown团队通过分析这些轨道，认为这个现象出于偶然的概率仅有0.007%，也就是说，有99.993%的概率可以认为这个现象是由于某种机制的影响。在此基础上，该团队预测了“一个可能隐藏在冥王星以外轨道的之前未被发现的巨行星Planet X”的存在来解释柯伊伯带这些星体的轨道异常，并通过数学建模估算Planet X质量约10 个地球质量，距太阳最近距离为 200 个天文单位（AUs），最远约600-1200AUs，平均距离约为海王星到太阳的20倍，轨道周期约1-2 万年。

↓ Planet X的理论轨道，注意1)这货轨道离心率有多大，相对于其他八大行星距太阳有多远；2)红色 区域为根据计算的轨道锁定的Subaru望远镜的搜索范围

【关于Mike Brown】

美国加州理工大学（Caltech）Batygin and Brown团队……这个名字怎么这么眼熟啊？主页君觉得还是有必要再多八一下Mike Brown这哥们的……

Long long ago，那还是十多年前，当冥王星还是九大行星的时候。由于冥王星在轨道、大小各个方面的与众不同，再加上1992年柯伊伯带的发现，关于冥王星是否是行星的争议愈演愈烈，越来越多的科学家认为冥王星不是行星而只是柯伊伯带的星体之一。最后的临门一脚来自Mike Brown。2005年，Brown团队发现了矮行星Eris[2]。Eris的大小和冥王星Pluto差不多，质量还比Pluto大27%，再加上上面一张轨道图里面之前发现的Sedna等其他质量大小差不多量级的星体，如果冥王星是行星，其他这些岂不是都是行星？

这一发现直接导致2006年的国际天文联会(IAU)对“行星”的重新定义[3]，太阳系内的行星必须满足：

1) 以太阳为公转轨道；

2) 有足够的质量来维持静力学平衡（说人话就是，形状是个球）；

3) 有足够的引力清除周围轨道的其他星体。

而只能满足1)和2)的非卫星星体只能叫做“矮行星”。于是从此冥王星被正式驱逐出太阳系九大行星的行列，成为柯伊伯带众多矮行星的一员。

2010年，Mike Brown童鞋根据这段经历出版了一本畅销书 How I Killed Pluto and Why It Had It Coming 

【NASA的报道里回答了几个常见问题】

这颗行星是什么时候发现的？

Planet X还没有被发现，而且它是否存在在科学界依然存在争议。1月20日发表的论文的预测是基于数学建模的结果。

这颗行星的名字是什么？

Batygin和Brown称他们预测的这颗星体为“Planet Nine”，但实际上一颗星体的命名权属于这颗星体的实际发现者。在人类过去漫长的搜寻历程中，人们称这颗海王星以外的星体为“Planet X”。
若这颗预测中的星体被观测发现，它的名字必须经过国际天文联会的批准。一般来说行星是以罗马神话的诸神命名的。

下一步要做什么？

天文学家们，包括Batygin and Brown团队，都将开始使用世界最先进的望远镜在其预测的轨道上搜寻这颗星体。任何离太阳很远的星体都是信号很弱非常难以探测到的，但天文学家的计算结果表示目前的望远镜水平是可能观测到的。
Brown表示：“不管是我们还是其他团队发现了这颗星体，我都会非常开心。这是我们发表这篇文章的原因。我们希望其他人和我们一起加入到这场振奋人心的搜寻之中。”

最重要的一点：

The announcement does not mean there is a new planet in our solar system.

人家写的很清楚，目前虽然有很大概率理论上认为是有Planet X的存在，但实际上还没有得到观测结果，并不能认为是真的发现了！也就是这颗行星的存在，大小，周期，所有都还是理论上的。

【Science的报道关于下一步的搜寻工作做了更详细的介绍】

关于去哪里搜寻这颗行星，科学家们是有很多idea的，但尽管这样还是很困难。因为轨道高度离心的星体在靠近太阳附近的时候速度最快，Planet X只能在距太阳200AU距离处停留非常短的时间。而且Brown表示，如果Planet X已经在那个位置了，那么这么亮的星体天文学家们可能已经观测到过了。
相反，Planet X将在远日点停留最久的时间，大部分望远镜都有能力在那个距离观测到一个暗的星体，如哈勃望远镜或者夏威夷10m口径的Keck望远镜，但这些望远镜的视野那么小，在这么大的范围内寻找一个这么小的暗的物体，难度如同大海捞针。
希望来了，日本位于夏威夷岛的8m口径的Subaru望远镜（すばる望遠鏡）有足够的聚光能力可以探测到信号微弱的星体，加上它巨大的视野（Keck望远镜的75倍以上），或许可以大大提高搜寻力。Batygin and Brown团队，以及其他竞争者们， Sheppard and Trujillo团队，都正在使用Subaru望远镜进行搜寻。Brown表示，这两个团队花费大约5年时间可以搜寻完Planet X可能潜伏的绝大多数区域。

也就是说5年内我们应该可以看到结果，但5年也只是理论上的，5年内没有找到也不能断言不存在。

【结语】

发现其他已知星体的轨道异常→假设新星体的存在，通过计算其重力对其他星体轨道的影响计算出可能的大小质量轨道和周期→锁定某个时间大致出没的位置，望远镜地毯式搜索→海王星和冥王星的发现。

Planet X目前也是这个节奏。

不要着急，我们还要慢慢等待~

NASA行星科学Director，Jim Green关于这个发现所说的这段话我很喜欢：“发现问题，独立的理论计算和确认问题，寻求可能的解释，展开讨论，这是科学应当遵循的批判性思考（critical thinking）准则。如果Planet X真的存在，我们会一起找到它，如果没有找到，我们也会考虑其他的可能性来解释这些轨道异常。”

这就是科学。

[1] 封面 假想中的Planet X http://solarsystem.nasa.gov/galleries/planet-nine-artists-representation

[2] https://www.wikiwand.com/en/Eris_(dwarf_planet)

[3] https://www.wikiwand.com/en/IAU_definition_of_planet

[4]信息来源：

Science的新闻 Astronomers say a Neptune-sized planet lurks beyond Pluto 

Caltech的新闻 Caltech Researchers Find Evidence of a Real Ninth Planet 

NASA的新闻 Hypothetical 'Planet X': In Depth 

2016年1月20日发表在The Astronomical Journal(AJ)上的文章 EVIDENCE FOR A DISTANT GIANT PLANET IN THE SOLAR SYSTEM （试了一下，貌似不是校园网没有买版权也可以正常下载的）