2016年1月20日，美國(guó)加州理工學(xué)院的科學(xué)家宣布，他們發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明：一顆巨行星正在外太陽系的一條高度偏心的怪異軌道中運(yùn)行。他們戲稱它是“太陽系第九大行星”（簡(jiǎn)稱“第九大行星”）。它的質(zhì)量大約是地球的10倍，與太陽的平均距離是海王星的大約20倍（海王星與太陽的平均距離是45億千米）。這也就是說，這顆尚未被完全證實(shí)存在的行星繞太陽一圈，要花1萬～2萬年。

這顆行星的“發(fā)現(xiàn)者”是巴鐵金和布勞恩。他們通過數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模擬，認(rèn)為這顆行星的存在幾乎確定無疑。不過，目前尚無人直接觀測(cè)到它。布勞恩說，這顆推定行星的質(zhì)量是冥王星的5000倍，它足夠大，無疑是一顆行星。與個(gè)頭較小的矮行星不同，“第九大行星”會(huì)對(duì)它的近鄰區(qū)域施加明顯的引力作用。事實(shí)上，它主宰的區(qū)域大于任何其他已知的行星。從這個(gè)意義上說，它是整個(gè)太陽系中“最像行星的”行星。巴鐵金和布勞恩指出，“第九大行星”有助于解釋柯伊伯帶的一系列神秘特征，“超過150年來，這是首次有確鑿證據(jù)表明，太陽系中還有其他的行星未被發(fā)現(xiàn)?！?/p>

這條理論的發(fā)現(xiàn)之路并不平坦。2014年，布勞恩指導(dǎo)的博士后特魯吉羅和他的同事謝潑德發(fā)表論文說，柯伊伯帶最遙遠(yuǎn)天體中的13個(gè)，在一個(gè)模糊的軌道特征方面具有相似性。為解釋這一相似性，他們認(rèn)為可能存在一顆較小的行星。布勞恩認(rèn)為這一解釋不太可行，但他自己卻在這方面被激起了興趣。

他把這個(gè)問題告知了巴鐵金，隨后，他倆開始了一年半的合作，目的是調(diào)查這些遙遠(yuǎn)天體。作為一位觀察家和一位為理論家，他們分別從不同角度探索這個(gè)奧秘——布勞恩望天，試圖把所見的每個(gè)天體都?xì)w類，而巴鐵金考慮的是怎樣從物理學(xué)角度來看待這些天體。正是這種不同，讓這兩位科學(xué)家能相互借鑒，發(fā)現(xiàn)新的可能性。

巴鐵金和布勞恩很快就意識(shí)到，這13個(gè)天體中最遙遠(yuǎn)的6個(gè)都遵循這樣的橢圓軌道——它們?cè)谖锢砜臻g指向相同方向。這讓人很驚訝，因?yàn)樗鼈冘壍赖淖钸h(yuǎn)點(diǎn)都環(huán)繞太陽系移動(dòng)，并且它們的繞行速度不同。這就好比一個(gè)鐘面上有6根指針，它們的移動(dòng)速度不同，但當(dāng)你偶然望向鐘面時(shí)，它們卻都恰好處于同一位置。這樣的概率只有1%。但更重要的是，這6個(gè)天體的軌道也都以同樣的方式傾斜——相對(duì)于已知八大行星所在的平面，它們?nèi)枷蛳?0°。這種現(xiàn)象的發(fā)生概率大約只有0.007%。如此低的概率，表明事件的發(fā)生并非是偶然的。布勞恩和巴鐵金據(jù)此認(rèn)為，一定有別的什么天體在塑造這樣的軌道。

他們調(diào)查的第一種可能性是，或許有尚待發(fā)現(xiàn)的更遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶天體，它們施加的引力讓這6個(gè)家伙“聚集一堂”。但他們很快就排除了這個(gè)可能性，因?yàn)檎嬉l(fā)生這種情況的話，柯伊伯帶的質(zhì)量就必須是現(xiàn)有質(zhì)量的100倍，而這顯然不可能。這樣，就剩下了一種可能性——存在尚待發(fā)現(xiàn)的遙遠(yuǎn)行星。布勞恩和巴鐵金的第一個(gè)直覺就是，對(duì)一顆在遙遠(yuǎn)軌道上包圍這6個(gè)柯伊伯帶天體軌道的行星進(jìn)行模擬。這顆行星就像一根巨大的套索，把這6個(gè)天體驅(qū)動(dòng)為這種特異排列。這個(gè)理念看來很不錯(cuò)，卻無法精確解釋觀測(cè)到的軌道離心率。

接下來，幾乎純屬偶然，巴鐵金和布勞恩注意到，如果他們模擬的是一顆處在反向軌道中的大質(zhì)量行星，那么這6個(gè)最遙遠(yuǎn)柯伊伯帶天體的推測(cè)排列就與實(shí)際觀測(cè)到的情況完全一致了。所謂反向軌道是指，在這個(gè)軌道中，行星最接近太陽的位置——近日點(diǎn)，正好在其他所有已知行星的近日點(diǎn)對(duì)面（兩者成180°角）。

一種下意識(shí)的反應(yīng)會(huì)認(rèn)為，這種軌道幾何學(xué)不可能正確。它不可能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致行星及這6個(gè)天體相遇，并且最終相撞。但通過軌道共振這種機(jī)制，“第九大行星”的反向軌道實(shí)際上能阻止柯伊伯帶天體與它相撞，并且保持這6個(gè)天體的排列。當(dāng)這些天體互相接近時(shí)，它們只是交換能量，而不會(huì)相撞。例如，當(dāng)“第九大行星”完成4次公轉(zhuǎn)，一個(gè)遙遠(yuǎn)柯伊伯帶天體則完成9次。它們永遠(yuǎn)不會(huì)相撞?！暗诰糯笮行恰本拖褚粋€(gè)父母，通過周期性推動(dòng)，讓孩子在秋千上維持弧形擺動(dòng)。“第九大行星”以如此的方式挪移遙遠(yuǎn)柯伊伯帶天體的軌道，讓它們相對(duì)于這顆行星的軌道架構(gòu)得以保留。

盡管這種解釋堪稱完美，巴鐵金還是對(duì)此很懷疑，因?yàn)樗谔祗w動(dòng)力學(xué)中從未見過這樣的機(jī)制。但一點(diǎn)一點(diǎn)地，隨著這兩位科學(xué)家調(diào)查了模型的更多特征和后果，他們?cè)絹碓较嘈抛约旱呐袛?。巴鐵金說，一個(gè)好理論不應(yīng)該只解釋你準(zhǔn)備解釋的現(xiàn)象，而是有希望解釋你沒想到要解釋的現(xiàn)象，并且還能對(duì)可測(cè)試的現(xiàn)象作出預(yù)測(cè)。

的確，“第九大行星”的存在有助于解釋的不只是遙遠(yuǎn)柯伊伯帶天體的排列，它也能為遙遠(yuǎn)柯伊伯帶天體中的兩個(gè)所追隨的神秘軌道給出解釋。其中第一個(gè)是塞德娜，它是由布勞恩在2003年發(fā)現(xiàn)的。其他柯伊伯帶天體都是被海王星的引力作用“踢”出去，然后又回歸柯伊伯帶的，但與它們不同，塞德娜從來就沒有特別靠近過海王星。第二個(gè)是“2012 VP113”，它是由特魯吉羅和謝潑德在2014年發(fā)現(xiàn)的。巴鐵金和布勞恩發(fā)現(xiàn)，如果“第九大行星”確實(shí)存在，而且它就位于他們預(yù)測(cè)的軌道中，那么就能很自然地產(chǎn)生類似塞德娜的天體，其產(chǎn)生方式是：抓來一個(gè)柯伊伯帶天體，逐漸把它推到一個(gè)與海王星不那么相干的軌道中。

但對(duì)這兩位科學(xué)家來說，真正出乎預(yù)料的轉(zhuǎn)折是這樣一個(gè)事實(shí)：他們的模擬預(yù)測(cè)到，柯伊伯帶中有些天體的軌道垂直于太陽系眾行星所在平面。巴鐵金在模擬中不斷發(fā)現(xiàn)這樣的證據(jù)，他把這些告訴給了布勞恩。布勞恩茅塞頓開。在過去3年中，觀測(cè)者辨識(shí)了4個(gè)這樣的柯伊伯帶天體——它們的軌道基本上都沿著一條源自海王星的垂直線，除此之外還辨識(shí)了1個(gè)軌道沿著另一條垂直線的天體。這些天體的位置和軌道，與巴鐵金和布勞恩的模擬精確吻合。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)時(shí)，他們也確信了自己的預(yù)測(cè)。

那么，“第九大行星”來自何方，最終又是怎么來到外太陽系的呢？長(zhǎng)久以來，科學(xué)家一直相信，早期太陽系始于4個(gè)行星核，它們捕捉自己周圍的所有氣體，從而形成了4顆氣態(tài)行星——木星、土星、天王星和海王星。隨著時(shí)間推移，碰撞與噴射不僅塑造了這4顆行星，而且讓它們移動(dòng)到現(xiàn)在的位置。布勞恩認(rèn)為，誰能肯定就不可能有5個(gè)行星核呢？“第九大行星”可能就代表著這第5個(gè)行星核。如果它過于靠近木星或土星這兩顆巨行星，它就可能被噴射到遙遠(yuǎn)的扁長(zhǎng)軌道。

巴鐵金和布勞恩繼續(xù)細(xì)化模擬，試圖了解有關(guān)這顆行星軌道及它對(duì)太陽系遙遠(yuǎn)地帶影響的更多情況。與此同時(shí)，布勞恩及其他同事開始在天空中尋找“第九大行星”。他們只知道它的大致軌道，而不清楚它在軌道面上的確切位置。布勞恩說，如果這顆行星正好處在接近近日點(diǎn)的位置，天文學(xué)家就應(yīng)該能從以往的探測(cè)圖像中發(fā)現(xiàn)它。如果它處于軌道中最遙遠(yuǎn)位置，地球上最大的望遠(yuǎn)鏡（例如美國(guó)凱克天文臺(tái)的10米望遠(yuǎn)鏡和美國(guó)昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡）也有可能看見它。如果“第九大行星”處在軌道中離我們不是最近或最遠(yuǎn)的地方，那么許多望遠(yuǎn)鏡都可能看見它。

巴鐵金說，從了解太陽系在宇宙中的地位這個(gè)角度講，對(duì)我們來說看似怪異的“第九大行星”，實(shí)際上與不斷被發(fā)現(xiàn)的太陽系外其他恒星周圍的行星（系外行星）沒什么不同。首先，大多數(shù)系外行星并不具有單一軌道范圍。也就是說，這些系外行星中，一些的軌道靠近母恒星，但另一些的軌道則極度遙遠(yuǎn)。第二，系外行星的最常見質(zhì)量約是地球的1～10倍，即介于地球質(zhì)量和海王星質(zhì)量之間。事實(shí)上，這一點(diǎn)曾讓天文學(xué)家們非常驚奇，因?yàn)樘栂抵胁淮嬖谙低庑行侵凶畛Ｒ姷倪@種行星類型。而“第九大行星”如果真的存在，它不正是這樣一顆行星嗎？這樣一來，太陽系還有什么不同尋常呢？

因?yàn)榉e極推動(dòng)把冥王星從行星降低為矮行星的觀點(diǎn)，布勞恩備受冥王星支持者的詬病。但他說：“那些對(duì)‘冥王星不再是行星不滿的人，現(xiàn)在可以高興了吧，因?yàn)橛幸活w真正的行星等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，一旦找到它，太陽系就又有九大行星了?！?/p>

然而，在布勞恩和巴鐵金的上述驚人理論發(fā)表后，美國(guó)宇航局警告說，這種理論并不成熟，它只是一種預(yù)測(cè)而已。但“如果它（‘第九大行星）真的存在的話，我們一定會(huì)發(fā)現(xiàn)它”。

截至目前，太陽系第九大行星是否真的存在，依然是未知數(shù)。