第九行星2016

基于早期的估计，这颗假设的超级地球大小的行星的质量是地球的五到十倍，距离太阳的细长轨道是地球的400到800倍。2021年，科学家对轨道的估计进行了改进，得出了较小的半长轴为380+140−80 AU。此后不久更新为460 +160−100 AU。康斯坦丁·巴特金和迈克尔·E·布朗提出，第九行星可能是一颗巨行星的核心，该行星在太阳系起源期间被木星从其原始轨道抛出。其他人提出这颗行星是从另一颗恒星捕获的，之前是一颗星际行星；或者它在遥远的轨道上形成，并被一颗经过的恒星拉入偏心轨道。

尽管广域红外线巡天探测卫星（WISE）和泛星计划等巡天都没有探测到第九行星，但它们并没有排除在外太阳系中存在海王星直径的天体。过去的这些巡天探测第九行星的能力取决于它的位置和特征。正在使用NEOWISE和8米昴星团望远镜对其余区域进行进一步调查。除非观测到第九行星，否则它的存在纯属猜测。已经提出了几种替代假设来解释观察到的海王星外天体（TNO）的聚集。

历史

在1846年海王星的发现之后，有相当多的猜测认为有可能另一颗行星存在于其轨道之外。其中最著名的理论预测了一颗遥远行星的存在，这颗行星正在影响天王星和海王星的轨道。经过广泛的计算，帕西瓦尔·罗威尔预测了这颗假想的跨海王星行星的可能轨道和位置，并于1906年开始对其进行广泛的搜索。他将这个假想物体称为“X行星”；这个名字之前曾被加布里埃尔·达利特英语：Gabriel Dallet。克莱德·汤博继续了罗威尔的搜寻，并于1930年发现冥王星，但很快就被确定为太小，不符合罗威尔的X行星的资格。1989年旅行者2号飞越海王星后，天王星的预测轨道和观测轨道之间的差异被确定是由于使用了以前不准确的海王星质量。

通过轨道扰动等间接手段探测海王星以外的行星的尝试可以追溯到发现冥王星之前。其中第一位是乔治·福布斯 (科学家)，他在1880年假设存在两颗跨海王星行星。第一颗与太阳的平均距离或半长轴为100 天文单位（AU），是地球的100倍，第二颗将具有 300 AU 的半长轴。他的工作被认为与最近的第九行星理论相似，因为行星将负责几个物体轨道的群集，在这种情况下，周期性彗星的远日点距离的群集接近100和300天文单位。这类似于木星族彗星在其轨道附近群集。

2004年，发现轨道特殊的小行星赛德娜，导致人们猜测它遇到了一个巨大的天体，而不是已知的任何行星之一。赛德娜的轨道是独立轨道，近日点距离为76天文单位，因此即使通过近日点时也不会受到海王星引力影响其轨迹的海王星外天体。有几位作者提出，赛德娜是在遇到一个巨大的天体后进入这个轨道的，例如遥远轨道上的未知行星，与形成太阳的疏散星团的成员，或后来经过太阳系附近的另一颗恒星。2014年3月，在类似的轨道上发现了第二个近日点距离为80天文单位的类赛德娜天体，2012 VP113，这再次引发了人们的猜测，即遥远的太阳系中仍然存在一个未知的超级地球。

在2012年的一次会议上，罗德尼·戈麦斯（英语：Rodney Gomes）提出：一颗未被发现的行星负责一些轨道独立的ETNO的轨道，并且有着巨大半长轴的半人马小行星，而这些太阳系小天体们穿过巨行星的轨道。拟议的海王星质量行星将位于遥远（1500 AU）、偏心（离心率 0.4）和倾斜（倾角：40°）的轨道上。像第九行星一样，它会导致半长轴大于300天文单位的物体的近日点振荡，将一些送入行星交叉轨道，而另一些则进入像赛德娜这样的独立轨道。戈麦斯、苏亚雷斯（英语：Soares）和布拉瑟（英语：Brasser）在2015年发表了一篇文章，详细介绍了他们的论点。

2014年，天文学家查德·楚希罗和史考特·桑德·雪柏注意到赛德娜和2012 VP113以及其它几个ETNO的轨道相似。他们提出，一颗位于200至300天文单位之间圆形轨道上的未知行星正在扰乱它们的轨道。那年晚些时候，劳尔和卡洛斯·德拉富恩特·马科斯认为，轨道共振中的两颗大质量行星是产生如此多轨道的相似性所必需的，当时已知有13颗独立轨道的小行星。

巴蒂金和布朗的假说

2016年初，加州理工学院的芭蒂金和布朗描述了第九行星如何解释六个ETNO的相似轨道，并提出了该行星可能的轨道。这个假说也可以解释轨道垂直于内行星的ETNOs和其它有极端倾斜的小行星，并被作为对太阳旋转轴倾斜的解释。

轨道

最初假设第九行星以椭圆轨道绕太阳运行，偏心率为0.2到0.5，其半长轴估计为400到800 AU，大约是海王星到太阳距离的13到26倍。这颗行星需要10,000到20,000年的时间才能绕太阳运行一个完整的轨道，并且它与地球轨道平面黄道的倾角预计为15° to 25°。远日点，即或离太阳最远的点，将位于金牛座，而近日点是离太阳最近的点，将位于巨蛇座（头）、蛇夫座或天秤座。布朗认为，如果第九行星存在，那么使用动力弹弓轨迹可以在短短20年内到达它。

质量和半径

据估计，这颗行星的质量是地球的5到10倍，半径是地球的2到4倍。布朗认为，如果第九行星存在，它的质量足以在45亿年（太阳系的年龄）里清除其轨道，以它的引力支配着太阳系的外缘，这足以使它符合成为行星的当前定义。天文学家让-吕克·玛戈特（Jean-Luc Margot）也表示，第九行星符合它的标准，如果它被探测到，将有资格成为一颗行星。

起源

已经研究了第九行星的几种可能起源，包括它从已知巨行星附近抛射，从另一颗恒星捕获，以及“原位形成”。在他们最初的文章中，巴蒂金和布朗提出，第九行星在离太阳更近的地方形成，并在星云时代与木星或土星近距离接触后，被抛射到遥远的偏心轨道。然后，要么是附近恒星的引力，要么是来自太阳星云的气态残余物的拖曳降低了其轨道的偏心率。这个过程提高了它的近日点，使它不受其他行星的影响，处于一个非常宽阔但稳定的轨道上。

据估计，这种情况发生的几率仅为百分之几。如果它没有被扔进太阳系最远的地方，第九行星可能会从原行星盘中吸积更多的质量，并发展成气态巨行星或冰巨行星的核心。相对的，它的增长很早就停止了，使它的质量低于天王星或海王星。

来自巨大的小行星带的动态摩擦也可能使第九行星被捕获到一个稳定的轨道上。最近的模型表明，60–130M🜨的小行星盘可能是在气体从原行星盘的外部清除时形成的。当第九行星穿过这个圆盘时，它的引力会改变单个物体的路径，从而降低第九行星相对于它的速度。这将降低第九行星的离心率并稳定其轨道。如果这个圆盘有一个遥远的内边缘，即100–200天文单位，一颗遇到海王星的行星将有20%的几率在与第九行星相似的轨道上被捕获，如果内缘在200天文单位，更有可能观测到轨道的群集。与气态星云不同，小行星盘可能已经存在很长时间，因此可能允许后来的捕获。

与另一颗恒星的相遇也可能改变遥远行星的轨道，将其从圆形轨道转变为偏心轨道。在这个距离上“原位”形成一颗行星需要一个非常巨大和广泛的圆盘，或者固体在消散的盘中向外漂移，形成一个狭窄的环，行星从这个环中吸积了十亿年。如果一颗行星在太阳处于其原始星团中时，在如此远的距离上形成，那么它在高度偏心的轨道上与太阳保持束缚的概率约为10%。

备选假说

临时或巧合的群集

外太阳系调查（OSSOS）的结果表明，观测到的群集是观测偏差和小数统计相结合的结果。OSSOS是对具有已知偏差的外太阳系的良好特征调查，观测到八颗半长轴大于150天文单位的天体，其轨道方向很宽广。在考虑了调查的观测偏差后，没有看到和Sheppard确定的近日点（ω）群集论点的证据，半长轴最大的天体的轨道方向在统计学上与随机性一致。佩德罗·伯纳迪内利（Pedro Bernardinelli）和他的同事们还发现，暗能量巡天发现的极端海王星外天体的轨道元素没有显示出群集的证据。然而，他们也指出，天空覆盖率和发现的天体数量不足以表明没有第九行星。当这两项调查与特鲁希略和谢泼德的调查相结合时，也发现了类似的结果。这些结果与迈克·布朗对先前观察到的极端海王星外天体中发现偏差的分析不同。他发现，在考虑了观测偏差之后，如果10个已知极端海王星外天体的实际分布均匀，则只有1.2%的时间可以观察到近日点经度的群集。当与观察到的近日点参数群集的几率相结合时，概率为0.025%。布朗和巴蒂金后来对14个极端海王星外天体的发现偏差进行了分析，确定观测到的近日点经度和轨道极点位置群集的概率为0.2%。

对在第九行星影响下演化的15个已知天体的模拟也揭示了与观测结果的差异。 科里·尚克曼（Cory Shankman）和他的同事们将第九行星纳入了对15个半长轴大于150天文单位、近日点大于30天文单位的天体的许多复制（具有相似轨道的天体）的模拟中。虽然他们观察到半长轴大于250天文单位的天体轨道与第九行星相反的轨道对齐，但没有看到近日点论点的群集。他们的模拟还表明，极端海王星外天体的近日点上升和下降是平稳的，使许多极端海王星外天体的近日点距离在50 AU和70 AU之间，而这些天体没有被观测到，并预测还会有许多其它未观测到的天体。其中包括一个大型高倾角天体，由于大多数观测结果都是小倾角，这些天体会被遗漏，以及大量近日点是如此遥远的天体，以至于它们太微弱而无法观察到。许多天体在遇到其它巨行星后也能被驱逐出太阳系。大量未观测到的种群和许多天体的丢失导致尚克曼等人估计原始种群的质量是地球质量的数十倍，这就要求在太阳系早期喷出更大的质量。尚克曼等人得出结论，第九行星的存在不太可能，目前观察到的现有极端海王星外天体的排列是一种暂时现象，随着更多天体被探测到，这种现象将消失。

大容量圆盘中的倾斜不稳定性

安-玛丽·马迪根（Ann-Marie Madigan）和迈克尔·麦考特（Michael McCourt）假设，在遥远的大质量带（假设称为Zderic-Madigan或ZM带）中，倾角不稳定性负责极端海王星外天体近日点论点的对齐。在这种具有高离心率轨道的粒子盘中可能发生倾角不稳定性（e > 0.6）围绕一个中心天体，如太阳。这个圆盘的自重力会导致它的自发组织，增加物体的倾斜度并对齐近日点的论点，将其形成一个在原始平面上方或下方的圆锥体。这个过程需要更长的时间和足够大的圆盘质量，大约需要十亿年的时间，1-10 地球质量盘。

反响

美国太空总署行星科学部主任吉姆·格林支持麦克·布朗的说法，他认为“现在的证据比之前更强”。但格林警告说，对遥远海王星外天体观察到的运动有其他的可能性，并引用卡尔·萨根的话“非凡的主张需要非凡的证据”。

汤姆·莱文森得出的结论是“就目前而言，第九行星似乎是现在所知道的太阳系外围区域唯一令人满意的解释”。亚历山德罗·莫尔比德利（Alessandro Morbidelli）评论《天文期刊》的研究文章时表示同意，他说“我看不到其他解释可以取代贝提金和布朗所提出的”。

美国天体物理学家伊森·西格尔对太阳系中存在尚未发现的行星持怀疑态度，但他推测太阳系至少有一颗超级地球，这种星球在其他行星系统中很常见，但尚未在太阳系中被发现。超级地球在太阳系早期的动力不稳定期间可能已经从太阳系中弹出。行星科学家哈尔·莱维森（Hal Levison）认为被弹出太阳系的超级地球最终落入奥尔特云的可能性仅为2％左右，并推测如果该星球进入稳定的轨道，许多物体必须被抛出奥尔特云。

天文学家预计，第九行星的发现将有助于人类理解太阳系和其他行星系统形成的过程，了解太阳系的非比寻常——因为其缺乏位于地球与海王星质量之间的行星。