九号行星可能是海市蜃楼

大约四年前，当安-玛丽·梅迪根(Ann-Marie Madigan)第一次遇到冥王星轨道之外可能潜伏着一颗未被探测到的大质量行星的想法时，她感到兴奋，但也持怀疑态度。当时和现在，存在这样一个世界的证据仍然是间接的：已知太阳系外围的小物体的轨道上出现了奇怪的图案。“九号行星”(冥王星不再计入太阳系的行星总数)的支持者说，这样的模式可能是由那个世界强大的引力影响产生的。但是，现供职于科罗拉多博尔德大学的天体物理学家梅迪根想知道，其他一些平淡无奇的解释是否就足够了。当时，她正在研究恒星如何在围绕超大质量黑洞旋转时相互推挤进入不同的轨道。她看不出为什么她的工作不能同样适用于绕太阳运行的更微小的物体。

今天，梅迪根和她的几位合作者已经从这些微不足道的开始，发展出了一种完全不同的理论来解释太阳系外的奇特之处：远离冥王星的扩散的、散乱的(目前为止基本上是假设的)冰块的“集体引力”可能会改变我们很容易看到的遥远物体的轨道，类似于一颗大行星的效果。这样的圆盘将由数百万个小天体组成，其中大部分是很久以前太阳系形成时留下的。

“我们正在做的是考虑所有这些小天体之间的引力，”梅迪根说。“事实证明，把这些引力包括在内真的很重要。”她坚持认为，只要假定的圆盘在10亿年左右的时间里拥有足够的质量-几倍于地球的质量-它的组成成员之间和来自其成员的微小引力相互作用可能会以九号行星所解释的其他方式塑造跨冥王星的外太阳系。其效果将有点像谚语中的蝴蝶拍打着翅膀，最终掀起一场遥远的风暴。

梅迪根和她的研究生亚历山大·兹德里克(Alexander Zderic)现在已经在预印服务器arxiv.org上发布的两项新研究中提出了他们的理论。在提交给《天文学杂志》(The Astronomical Journal)的一篇文章中，他们展示了集体引力如何能够产生与十几个物体相同的倾斜和聚集轨道，这些物体的距离是地球和太阳之间距离的250倍-其他人将这种观测归因于可能的九星。在另一篇正在“天体物理杂志快报”(AstroPhysical Journal Letters)上发表的论文中，他们认为，如果有足够的时间，集体引力也可以解释遥远轨道上的某些物体在绕太阳旋转时会如何移动，这也被认为是一颗看不见的行星的证据。

从梅迪根和她的团队的这项工作中，关于太阳系可能的历史的另一幅图景开始浮现。在早期，木星、土星、天王星和海王星在紧凑、有序的轨道上结合在一起，有点靠近我们的恒星，后来由于引力的相互作用，这些恒星才向外迁移。当时，这些世界被一大群残骸包围着，这些残骸从未找到通往行星的道路-巨大的行星最终踢出了冰冷的天体。大多数人被排斥在梅迪根所说的“原始散乱的圆盘”中，这个圆盘超出了今天的冥王星的疆域。她认为，盘中的质量可能比其他研究人员通常认为的要多得多。冰体被推进到远离圆形轨道的环中，组成了一个不稳定的系统-很像一个摇摇晃晃、摇摇欲坠的旋转的顶部。这个系统施加了引力效应，同时它逐渐稳定下来，一些轨道共享相似的平面和方向。当然，这种构型本质上反映了人们对一颗未被发现的大型外行星隐藏的引力之手的期望。

“集体引力可以给你所有关键的观测特征，这意味着你不需要任何新的东西。梅迪根说，我认为奥卡姆的剃须刀会让你相信这是“比行星九更简单的解决方案”。

加州理工学院(California Institute Of Technology)天体物理学家迈克·布朗(Mike Brown)和康斯坦丁·巴蒂金(Konstantin Batygin)自2016年初发布了一项关于行星9假说的轰动研究以来，一直是该假说的两位最重要的支持者，他们也一直在磨练自己关于世界存在的论点。为了与最新的观测结果相匹配，研究人员认为，九号行星的质量必须是地球的5到10倍，它的位置必须是地球到太阳距离的400到800倍-比他们最初提出的略小一些，也更近一些。

巴蒂金说，他对梅迪根关于遥远的碎片环的想法很感兴趣。但他认为太阳系并不是这样的。“如果有这样一个光环停在(离我们的太阳)很远的地方，你就会遇到它在地球上稳定性的问题。”

梅迪根在她的新模拟中对时间进行了仔细的调整，解决了这个问题：如果在年轻的太阳系离开其恒星托儿所，形成巨型行星后，分散的圆盘组装在一起，它可以持续亿万年。这样的调整并不是微不足道的：精确地模拟碎片盘的集体重力需要在相当于数亿年的时间里，在计算机模型中跟踪数千个或更多漂浮和旋转的粒子的运动和相互作用。梅迪根说，这项任务比对单个行星的影响进行建模要艰巨得多，这在一定程度上就是为什么她和她的团队经常似乎比支持九号行星的队伍落后一步。

到目前为止，与行星九相比，梅迪根的想法在科学界并没有得到太多关注。但随着望远镜对这颗行星的搜索继续一无所获，这种情况可能即将改变。“我们是少数，但我们正在成长，”她说。“在太阳系中，集体引力还没有真正被研究过。这个领域才刚刚开始腾飞。“。

至少另外两个研究小组也已经开始研究各种引力效应和动力学，作为九号行星的替代方案。类似地，它们要么涉及一个岩石天体的圆盘，要么涉及数量较少的较大天体，它们的引力影响，在数十亿年前，也可能撼动早期太阳系，创造出后冥王星时代碎片的特殊轨道。

新泽西州普林斯顿高级研究所的天体物理学家斯科特·特雷曼(Scott Tremaine)说：“梅迪根所做的事情的吸引力在于，这是一种完全不同的方式来解释这些遥远的轨道发生了什么。”然而，他指出了梅迪根提议的一个挑战：她的集体引力假说要求分散的圆盘上有太多的冰体，以至于它们加起来就是一个相当大的质量。除非在某个时刻，这个圆盘的总质量大约是地球的20倍，位置与太阳的距离大约是地球的几百倍，否则它将没有足够的重量来充分重新配置外部太阳系，以反映天文学家目前看到的情况。通过跟踪彗星的轨道，天文学家已经对那里肯定有多少质量有了一个模糊的想法。而一个足够大的圆盘足以让梅迪根的想法发挥作用，它位于看起来可能的最高端。

在解释天文学家观测到的太阳系外异常星团的竞赛中，除了集体引力和行星九之外，还有另一个黑马候选者：也许这两个假设都是错误的。也许，事实上，根本没有集群。天文学家搜索小天体的方法和用于整体研究它们的统计数据的偏差可能会导致截然不同的结论-其中一些人认为观察到的星团是虚幻的。

新西兰坎特伯雷大学的天文学家米歇尔·班尼斯特(Michele Bannister)是该合作项目的成员，他说：“在外太阳系起源调查中，我们没有强有力的证据支持星系团。”这项调查的设计使她和她的同事有可能发现以前从未见过的极其微弱的身体，并更系统地评估它们是否以一种不太可能的形式聚集在一起。他们发现的遥远物体可能只是均匀分布的更大群体的一部分。暗能量调查成员的新发现得出了类似的结论，但他们也只发现了少数几个物体。

在浩瀚的黑暗中只看到少量图案和结构的少量统计数据的现实，使得测试关于外太阳系的想法变得极其困难-包括搜索一颗隐藏的行星或散落的天体的圆盘。到目前为止，在那里发现的一切都是昏暗、黑暗和微小的。许多行星是如此遥远，它们需要几千年才能绕太阳旋转一周，这使得天文学家更难有效地确定它们的轨道特性。

除了解释已经做出的观察之外，梅迪根和她的同事们已经开始做出预测。如果他们是正确的，那么遥远物体的轨道应该会有一个巨大的缺口：这个区域几乎完全没有碎片，中心大约是地球到太阳距离的50倍。如果九号行星存在，那么就不应该有这么大的差距。班尼斯特说：“我很高兴地看到，随着太阳系深处的规划，它正在创造这种理论热情和创新。”他指的是集体引力和九号行星。

虽然梅迪根、巴蒂金和其他天体物理学家整理了更多的间接证据来证明他们的观点，并寻找新的预测来验证，但他们也在等待来自更灵敏的即将到来的望远镜的观测，希望直接解决这场争论。维拉·C·鲁宾天文台建在智利北部的一座沙漠山脉上，将以比以前更深入和更精确的方式绘制太阳系外部的小天体地图。而望远镜最早将在2021年秋天看到“第一缕曙光”。

“太阳系外正在发生一些非常奇怪的事情，那里肯定有更多的质量。梅迪根说：“如果鲁宾天文台没有观测到[我们假想的圆盘]，那么它就不在那里--然后它就是行星九。”“不是其中之一，就是另一个。”