找到行星九到底有多难？

思源

在探寻系外行星方面，人类已经展示出了惊人的技能。自1992年第一颗围绕恒星运转的系外行星被发现以来，我们已经发现并确认了3924颗系外行星，它们分布在近3000个不同的星系中。在搜索行星的过程中，我们发现星系中的行星比海滩上的沙粒更加常见。随着各种太空望远镜加入，找到一颗行星似乎十分容易，尤其是当天文学家已经预测出一颗行星可能的位置时。

不过，在2016年，天文学家发现太阳系柯伊伯带中6颗天体的异常运行轨道，即这6颗天体虽然以不同速率运转，但其运行轨道却拥有相同的倾角，且轨道近日点与太阳的距离接近，美国加州理工大学的两位天文学家提出，很可能是一颗未知行星在背后默默地发挥着引力的影响，造成了这种现象，因为在自然条件下，碰巧出现这一情况的几率微乎其微。所以天文学家推测，太阳系很可能有第九大行星。

并且天文学家们还推测出了行星九的一些特征，比如，它的位置在海王星和冥王星的外侧;它的运行轨道有着极高的偏心率（椭圆）;它的质量大约是地球质量的10倍;由于轨道太远，它绕太阳公转一周需要的时间在1万到2万年之间等。但遗憾的是，这只是天文学家的推测，实际上我们并没有找到这第九位兄弟。

那么，既然我们都能找到数以千计的系外行星，为什么我们会看不到“眼皮子底下”的行星中的老九呢？找到这颗行星到底有多难？

发现太阳系新天体的困难原因主要归结于四个因素：角直径，视星等，相对运动和轨道特性。下面，我们分别从这四个角度一起来了解一下吧！

1、角直径

——从地球上看天体有多大

首先说角直径。角直径是以角度为测量天体的一个单位，简单说来就是观测者从地球上看到的天体大小。角直径与天体的大小和离地球的距离有关，在角直径相同的情况下，距离越远的天体，就越大。同样，在距离相同的情况下，天体大，角直径就大。

行星九的角直径有几个不同的可能性。首先，虽然天文学家对于行星九的质量已经做出了较为准确的估计，但行星九可能是一个紧凑的岩石行星，也可能是一个气体行星，类似于迷你海王星或天王星，不同的情况会造成角直径不同。天文学家预测行星九的直径在地球直径的2倍到4倍之间，在判断行星九的角直径时，这是一个值得注意的差异。

另外，行星九的运行轨道是椭圆形的。据估计，行星九远日点为1200AU（天文单位即地日平均距离），近日点为200AU。在我们看来，行星九在近日点的体积会是远日点的6倍。因为天文学家目前不知道行星九在運行轨道上的位置，也无法确定它的真实直径，所以这无疑会增加探测行星九的难度。

如果我们将所有情况考虑在内，行星九的平均角直径实际上与冥王星类似（冥王星角直径为0.065″-0.115″）。不过，由于它实在是太远了，即使行星九是一颗气体行星（即直径很大），它在哈勃望远镜输出的图像上也是很小很小的。不过，如果它足够明亮的话，行星九仍有可能被证实。

2、视星等

——从地球上看天体有多亮

视星等是天文学上衡量天体明暗程度的一种方法，指观测者用肉眼所看到的星体亮度。视星等的大小可以取负数，数值越小亮度越高，反之越暗。它既与星体的发光能力有关，也与距地球的远近有关。

对天文学家来说，发现恒星比较简单，因为恒星本身发光，它们发出的光会直接传播到望远镜中，供我们观察。但对于行星来说，这个过程就难了一些。由于行星是反射恒星的光，但恒星发出的光在太空中传播时，强度会随着距离呈指数递减，当这些光到达遥远的行星时，它的强度已经大大减弱。然后，行星的大气层吸收了其中的一小部分光，其余的光才反射回太空。而这些反射光的强度也会随着距离呈指数递减。所以，行星的光线到达地球时就更弱了。

举例来说，海王星的平均视星等相当于从上海东方明珠观看北京长城上的一颗白炽灯的光亮度（忽略地形），而冥王星的亮度只有海王星的八百分之一，而行星九比冥王星还要远得多。

假设行星九的直径是太阳的4倍，并且处于近日点，它的亮度仍只有冥王星的几分之一。在远日点时，它的亮度只有冥王星的一万五千分之一。这意味着，即使我们有幸在哈勃的镜头中捕捉到行星九，它也会被淹没在充满光亮的宇宙背景中。

不过，由于气体行星的内部受引力作用，内核受到压缩，它们会发生热辐射。目前，除了天王星没有显示出任何的内热以外，太阳系中大多数的气体行星在红外光谱中的亮度实际上是可见光光谱的几倍。因此，使用相应的红外望远镜会更容易看到它们。如果行星九是巨大的气体行星，而且能够显示它的内热，发现行星九的可能性将会增大许多。

3、相对运动

——天体离开地球的速度

观察遥远的天体移动是一项冗长乏味的任务，行动迟缓的冥王星在宇宙中运行了3到4分钟，但看上去，它在哈勃望远镜输出的图像上才移动了1个像素。由于冥王星在哈勃成像上大约占2.4个像素，如果科学家们想要验证它的运动，必须相隔每8分钟以上的时间拍摄两张照片，以此了解冥王星确实是一个移动的太阳系天体。

虽然行星九的角直径与冥王星类似，但是它的移动速度会慢很多。即使是在它移动速度最快的时候（近日点），我们仍需要几个小时才能发现它是一个移动的物体;在远日点，这可能需要超过一天的时间。

4、轨道特性

——天体出现在天空中的位置

找到行星九的最后一个障碍是它特殊的轨道。当寻找新的太阳系天体时，科学家们倾向于在太阳系的黄道面附近观测，大多数围绕太阳运行的天体都是在这个平面上下几度的范围内发现的，例如冥王星。冥王星轨道面相对于黄道面的倾角很大（约17度），它的公转周期为248年，因此大约100多年的时间，它才会运行到黄道面附近。但是，在天文学家搜寻它的那天，它正好就在这个平面附近，这样，人们才偶然发现了它。

根据天文学家的预测，行星九的轨道也与黄道面成一定角度，而且它的公转周期很可能超过1.8万年，这使得它接近黄道面的可能性极小，基本排除了天文学家偶然发现它的可能。

基于这些因素，我们还没有发现这个神秘的星球，可能是因为我们没有在适宜的位置观察它，又或者是因为我们看到了它，却错过了它。不过，随着观测技术的发展和进步，也许我们最终会发现太阳系的第九大行星，再次改写太阳系的历史。