第九行星（英語：Planet Nine），又稱第九顆行星，是對於太陽系外圍邊界，可能存在的一顆假想海王星外行星的稱呼。據推測，「第九行星」可能是大小至少為地球兩倍的超級地球。雖然目前並沒有任何證據足以證明這顆行星確實存在，但大部分的科學家相信如果是真的，便可以合理解釋太陽系邊緣古柏帶與歐特雲內數顆海王星外天體不尋常的軌道。



發現歷史

在 2014 年，美國天文學家查德・處基羅和史考特・雪柏在《自然》期刊發表他們近十年來的研究成果，文中提到兩位天文學家在太陽系外圍發現一顆稱為 2012 VP113 的天體。這顆大小約只有月球十分之一的小天體引起注意的原因在於，它和十一年前同樣在內歐特雲附近發現的賽德娜很像，都具有極度狹長的軌道，而且兩者的近日點都比太陽和海王星距離的兩倍還多，換句話說，兩者特殊的運行軌道都不在海王星的影響範圍內，意味著這不是受海王星重力影響而形成。為此，在這篇論文中兩位科學家寫道：「這顯示，或許外太陽系有一個巨大的障礙物在搗亂。」

處基羅和雪柏假設這個障礙物是一顆離太陽遠達 250AU 的超級地球，它的重力會影響附近許多小天體的運行。這個說法在 2016 年一月由加州理工學院的天文學家康斯坦丁・貝提金（Konstantin Batygin）和麥克・布朗（Michael Brown）以冥王星軌道外的六顆軌道極度不規則天體的研究作為基礎，透過電腦模擬的結果而得到進一步的支持。文中提出了「第九行星」具體的軌道參數，估算出這顆行星質量約為地球十倍（冥王星質量的 5000 倍），直徑是地球的二到四倍，並且以大約 1 萬 5000 年的公轉週期繞行著狹長的橢圓軌道。



名稱由來

嚴格來說，「第九行星」並不是學術上正式的名稱。這個假說最初被提出時，貝提金和布朗以「干擾者」（Perturber）稱呼這顆行星，後來他們也用「Jehoshaphat」、「George」暱稱它，「第九行星」這個稱號也在此時出現，布朗更曾表示：「我們彼此交談時甚至會說它是『大塊頭』（Fatty）」

根據國際天文學聯合會（IAU）對於天體命名的規則，若「第九行星」的存在得到證實，將優先考慮以發現者提出的名字作為正式的名稱。依照以往的慣例，名稱最有可能取自羅馬或希臘神話中的人物。



可能特徵

軌道

根據目前的假設，「第九行星」沿著軌道離心率極高的軌道繞行太陽，並具有高達 30 度（30°±10°）的傾角，軌道周期介於 1 萬至 2 萬年間（這是最符合古柏帶外圍天體公轉周期的範圍）。軌道的半長軸大約為 700AU（相當於海王星到太陽距離的 20 倍左右）；受到高離心率的影響，行星的近日點約在 200 至 350AU 之間，而遠日點最遠可以到達 1200AU（冥王星的遠日點只有 49AU）。

若對於地球上的觀察者而言，當「第九行星」在遠日點（軌道中離太陽最遠的點）時，會出現在獵戶座或金牛座內；而在近日點（軌道中離太陽最近的點）時，大致位於巨蛇座的蛇頭、蛇夫座和天秤座方向的交界附近。

根據布朗的推測，在第九行星存在的假設之下，如果從地球發射探測器，並利用重力助推效應沿著繞行太陽的軌道航行，則到達第九行星最少只需要大約二十年的時間。

大小和成分

這顆行星的質量估計是地球的 10 倍，直徑是地球的 2 到 4 倍。先前在可見光下的調查並未排除與海王星直徑相同的物體。寬視場紅外測量探測器（WISE）的紅外測量可能具有探測第九行星的能力，取決於它的位置和特徵 WISE 過去的調查並未排除第九行星的存在，自 2017 年以來的一項新調查尚未發現第九行星。

布朗認為，如果第九行星存在，其質量足以在 46 億年內清除其大型物體的軌道（半長軸和質量的某些組合可能例外）並且其重力主導太陽系的外緣，按現行定義，足以使它成為一顆行星。Jean-Luc Margot 還表示，第九行星滿足了他的標準，它將有資格成為一顆行星。

布朗推測，第九行星很可能是一顆被拋出太陽系的冰巨行星，與天王星和海王星的成分相似：岩石和冰的混合物與一部分氣體。事實上，如果它曾經在木星與海王星之間運行過，那麼這顆行星可能會蘊含氫氣和氦氣。



證據

查德・處基羅和史考特・雪柏首先描述極端越海王星天體的軌道分類，他們指出小行星 90377 和 2012 VP113 的軌道相似性。如果沒有第九行星存在，這些天體的軌道應隨機分佈，不偏向於任何方向。經過進一步的分析，處基羅和雪柏觀察到 12 顆近日點大於 30AU 且半長軸大於 150AU 的越海王星天體聚集在零度附近，意味著當它們最接近太陽時會通過黃道上升。處基羅和雪柏提出，這種軌道是由海王星以外一顆巨大的未知行星藉由古在機制造成的。對於類似的半長軸天體，古在機制使天體近心點幅角限制在接近 0 度或 180 度附近，當它們距離太陽相同的距離時，將在行星上方或下方通過。

貝提金和布朗希望反駁處基羅和雪柏提出的機制，也研究了極端越海王星物體的軌道。在消除處基羅和雪柏原始分析中因接近海王星而不穩定或受海王星平均運動共振影響的天體後，巴蒂金和布朗確定其餘六顆天體的近心點幅角（小行星 90377、2012 VP113、2004 VN112、2010 GB174、2000 CR105 和 2010 VZ98）聚集在 318°±8° 附近。這一發現與古在機制導致天體傾向於 0° 或 180° 的近心點幅角並不一致。

貝提金和布朗還發現半主軸大於 250 AU 和近日點超過 30 AU 的六顆天體軌道的近日點在大致相同的方向，導致它們的近日點出現經度聚合。六顆天體的軌道也相對於黃道軌道傾斜近似共面，產生升交點黃經聚集。他們確定這種排列組合只有 0.007％的可能性是偶然發生。六座不同的望遠鏡通過六次不同的調查發現這六顆天體，故這種現象不太可能是觀測偏差，例如將望遠鏡指向特定方向。觀察到的聚合現象應該被天體在幾億年內的進動消除。這表明不可能是遙遠過去的某種事件所導致，如恆星通過，最有可能是由圍繞太陽軌道運行的天體造成。

處基羅和雪柏在後來的文章中注意到近日點的經度與半長軸大於 150 AU 的越海王星天體近日點之間存在相關性。具有 0-120° 的近日點經度的天體具有 280-360° 之間的近日點，具有 180° 和 340° 之間的近日點經度的天體有 0° 和 40° 之間的近日點，該相關性的統計學顯著性為 99.99％。他們認為這種相關性是由於這些天體的軌道為了閃避軌道上方或下方的大行星所產生。

模擬

貝提金和布朗發現，在公轉軌道上使用 10 倍地球質量的行星來模擬能最佳地重現六顆遠距離越海王星天體的軌道分佈：


* 半長軸 a≈700AU（軌道周期 18,520 年）

* 偏心率≈0.6（近日點≈280AU，遠日點≈1,120AU）

* 傾角 i≈30°（與黃道夾角）

* 升交點黃經 Ω≈94°

* 近日點 ω≈114° 和近心點經度 ϖ = 235°±12°



爭議

美國太空總署行星科學部主任吉姆・格林支持麥克・布朗的說法，他認為「現在的證據比之前更強」。但格林警告說，對遙遠海王星外天體觀察到的運動有其他的可能性，並引用卡爾・薩根的話「非凡的要求需要非凡的證據」。

湯姆・萊文森得出的結論是「就目前而言，第九行星似乎是現在所知道的太陽系外圍區域唯一令人滿意的解釋」。亞歷山德羅・莫爾比德利（Alessandro Morbidelli）評論《天文期刊》的研究文章時表示同意，他說「我看不到其他解釋可以取代貝提金和布朗所提出的」。

美國天體物理學家伊森・西格爾對太陽系中存在尚未發現的行星持懷疑態度，但他推測太陽系至少有一顆超級地球，這種星球在其他行星系統中很常見，但尚未在太陽系中被發現。超級地球在太陽系早期的動力不穩定期間可能已經從太陽系中彈出。行星科學家哈爾・萊維森（Hal Levison）認為被彈出太陽系的超級地球最終落入奧爾特雲的可能性僅為 2％左右，並推測如果該星球進入穩定的軌道，許多物體必須被拋出奧爾特雲。

天文學家預計，第九行星的發現將有助於人類理解太陽系和其他行星系統形成的過程，了解太陽系非比尋常－因為缺乏地球與海王星之間質量的行星。



註解



參見


* 太陽系形成與演化假說的歷史

* 太陽系的假設天體列表

* 涅墨西斯星

* 尼比魯碰撞 #第九行星

* 堤喀 (假想行星)

* 祝融星