最近，科學家張貼一份協尋啟事。究竟是什麼東西，需要全世界的人們一起幫忙尋找？不是通緝犯，也不是失蹤的寵物，而是失落的「第九行星」。
尋找「X 行星」
早在 1905 年，羅威爾（Percival Lowell）就開始尋找海王星外的未知行星。他發覺天王星、海王星的軌道有些異常，並可用一個未知行星的拉扯來解釋。這個未知的行星，就姑且稱作「X 行星」了。
其實，由已知行星的運行軌道，來預測未知的行星，並不是什麼新鮮的事情。1846 年，勒維耶（Urbain Le Verrier）以牛頓力學計算出天王星軌道的偏差，大膽預言有個未知行星在拉扯天王星軌道。他把理論預測的數字交給柏林天文台的伽勒（Johann Gottfried Galle），據說不到一小時，一個新的行星就被找到了──這顆行星就是海王星。
發現海王星的成功經驗，給後世科學家許多啟發。羅威爾試著如法炮製，尋找「X 行星」。可惜歷史無法順利地複製，羅威爾在 1916 年逝世前，並沒有找到這顆 X 行星。不過，他留下的羅威爾天文台繼續運作，並在 1930 年找到了一顆新的「行星」，也就是冥王星。羅威爾追尋已久的 X 行星，終於由後人找到了嗎？不，可惜冥王星的質量太小了，根本沒辦法達成羅威爾從行星軌道算出來的預測值。所以，就算 X 行星存在，它絕對不是冥王星！
1993 年，天文學家以現代觀測的精確數據，重新計算行星運動的軌道，證實「X 行星」的預言是建立在不準確的觀測數據上，實際上根本不需要「X 行星」，就能解釋海王星現在的軌道。神秘的「X 行星」假說，被天文學家踢出門外了。冥王星的下場更慘了，不但不是「X 行星」，還從行星名單當中被除名了。2006 年國際天文聯合會（IAU）決議，將冥王星移除九大行星之外，成為「矮行星」。從此，太陽系的行星總數回歸到八個。
往更遙遠的地方走去
我們不必為冥王星的除名哀悼，因為事件的背後，代表更多驚奇的發現。1990 年代以來，天文學家漸漸發覺，冥王星並不孤單，它與許多小天體一起居住在海王星之外的「古柏帶」。隨著海王星外天體的逐一發現，人們才知道冥王星只是古柏帶天體的其中一個而已。人類對於太陽系邊緣的認知，往更遙遠的地方開展。
在這十幾年來，人們才開始找到冥王星的「鄰居」──或可說是讓它被除名的「兇手」。其中有一個海王星外天體非常特別，名字叫作賽德娜（Sedna），是在 2003 年由麥可．布朗（Mike Brown）、查德．特魯希略（Chad Trujillo）和大衛．拉比諾維茨（David L. Rabinowitz）找到。賽德娜可能與冥王星一樣是矮行星，但離我們相當遙遠。冥王星與太陽最近的距離是 30 天文單位（1 天文單位的意思是「地球與太陽的距離」），目前找到的其他海王星外天體也大致在 30 至 50 天文單位的古柏帶範圍內。然而，賽德娜與太陽最近的距離卻是 76 天文單位，在非常外圈的橢圓軌道繞太陽公轉，令人懷疑是否還能算在古柏帶之內。許多天文學家認為，賽德娜有可能與太陽系更外層的「歐特雲」有所聯繫。
到了 2012 年，特魯希略與史考特．雪柏（Scott Sheppard）發現一顆新的天體，打破了賽德娜的紀錄。這顆稱為2012VP113 的星球，離太陽最近的距離竟然高達 80 天文單位。這個新發現，代表賽德娜不是單一的特例，還有其他天體位在這麼遙遠的地方。問題來了，它們怎麼會出現在離太陽這麼遙遠的地方？現在的位置可能不是誕生地，因為那裡缺乏氣體和塵埃，很難形成較大的星球。科學家猜測，它們誕生之初可能受到某些重力影響，有可能是與其他原行星拉扯，也有可能是外來的恆星從附近通過而改變它們的軌道。
許多證據指向「第九行星」可能存在
賽德娜與 2012VP113 提供了更多有趣的線索，改變我們對太陽系的認識。特魯希略與雪柏利用它們的運行軌道推論，可能有個比地球重、比海王星輕的天體，位於離太陽 250 天文單位的軌道上。康斯坦丁．巴提金（Konstantin Batygin）和麥可．布朗在 2016 年 1 月發表新的研究，利用賽德娜、2012VP113 以及另外四個較遙遠的古柏帶天體的運行軌道，得出一個驚人的結論──「第九行星」可能存在，它的質量大約是地球的 10 倍，與太陽最近的距離約 200天文單位，繞太陽公轉的週期是 1 萬至 2 萬年。
天文學家其實沒有直接看到「第九行星」。到底有什麼可靠的證據，說明「第九行星」存在呢？賽德娜、2012VP113與其他幾個「極端海王星外天體」，共同具備某些奇怪的特性。首先，它們離太陽最近的時候，位置都剛好在黃道面上［註1］。且它們通過黃道面的方向，都是由南向北。再者，它們運行軌道的長軸都在同方向，好像某東西推過去的。從下圖可以清楚看到，這幾個「極端海王星外天體」軌道的長軸（也就是離太陽遙遠的一端）都在圖中的左邊［註2］。這可能不是巧合，而是巨大的「第九行星」重力拉扯而形成的現象。此外，「第九行星」會造成許多古柏帶天體的軌道嚴重傾斜──這些奇異的天體也的確存在。麥可．布朗說，如果他在什麼都不知道的情況下看到這篇論文，一定會覺得太瘋狂了，但是看完這些證據和統計，很難有其他結論了！
- 註 1：太陽系內主要的行星，幾乎都在同一平面上繞太陽公轉，這個平面就稱為「黃道面」。賽德娜與地球、火星等行星不同，並不是隨時都在黃道面上，但離太陽最近時剛好在黃道面上。
- 註 2：2016 年學者發表了一個長軸指向右邊的極端海王星外天體，因此不能說每一個都指向左邊。
「第九行星」的假說，似乎還能解釋許多長久以來的謎團。2016 年 10 月，在美國加州舉行的行星科學會議上，巴提金和布朗的合作者，加州理工學院的研究生伊莉莎白．貝利（Elizabeth Bailey）提出對於「太陽傾斜」的研究。早在 1800 年代，人們就知道太陽不尋常的傾斜，但是這件事不常被討論，因為沒人有任何線索知道它是什麼造成的。所謂「太陽傾斜」，意思是太陽從黃道面偏斜了大約 6 度，至今還沒有人能成功解釋。
貝莉的研究將太陽傾斜的罪魁禍首指向「第九行星」，如果存在一個巨大而遙遠的行星，可能增加了太陽系的搖擺，使得太陽些微地傾斜。貝莉說：「因為第九行星質量很大，而且軌道比其他行星更傾斜，太陽系只好慢慢地扭曲，不再排列得那麼整齊了。」巴提金說：「它持續使我們感到驚奇。每次我們仔細看，就發現第九行星又能解釋一些太陽系長久以來的謎團。」
亞利桑那大學的天文學家雷努．馬霍特拉（Renu Malhotra）等人，還有另一個證據說明未知行星的存在。他們分析公轉週期非常長的「極端海王星外天體」，發覺這些天體曾經與某個未知行星發生共振。經過計算，未知天體繞太陽公轉的週期大約 17000 年，且一個 10 倍地球質量的行星可以合理解釋這種共振現象。
以上許多證據，都指出太陽系內的「第九行星」可能存在。問題是，找到「第九行星」有什麼意義？是因為冥王星除名後，「九大行星」被迫改成「八大行星」，如果找到第九顆就可以改回大家習慣的稱呼嗎？當然不是這麼無聊的理由！事實上，如果找到「第九行星」，可能徹底改寫我們所知的太陽系演化史。竟然在這麼遙遠的地方，可以存在一顆巨大的行星，它的身世來歷真是耐人尋味了。
更有趣的是，這幾年天文學家在太陽系外找到了許多重於地球、輕於天王星與海王星的行星，也就是被稱為「超級地球」的行星。奇怪的是太陽系的八大行星當中，並不存在這種行星。假如「第九行星」存在，且如預期是 10 倍地球質量，那就填補了這個空缺。儘管關於「第九行星」的爭論還沸沸揚揚，我們對於太陽系的探索又前進一步。
一起上網尋找失落的行星吧！
我們似乎又回到 1846 年尋找海王星的那個情境，理論預測一個未知的行星存在，等待人們去找尋。巴提金也說，的確有點重現歷史的意味。不過，經過一百多年，科技突飛猛進，當年一小時找到海王星，現在應該可以一分鐘找到「第九行星」吧？實際上並非如此，現在天文學家還在煩惱著要怎麼把它找出來呢！因為它離我們太遠了，也離太陽太遠了，不像鄰近的行星，反射了太陽光就輕易被我們看見。太陽系遠比你想像中大得多，人類根本還無法掌握太陽系邊緣那個非常昏暗卻充滿驚奇的世界。
理論預測之後，天文學家很努力在望遠鏡拍攝到的眾多影像中，尋找「第九行星」的下落。雪柏說，這就像玩遊戲一樣，你不知道哪張照片會有超級地球在裡面。尋找的訣竅，就在於看它移動得多慢。如果找到移動夠慢的天體，代表它離我們夠遠，這才有趣，要不然就只是一般的古柏帶天體。
然而，這個工作就是大海撈針。一個人只有兩隻眼睛，光是幾個天文學家，想要找到新的行星，實在太困難了。那是不是能利用電腦幫忙尋找呢？可惜，在這方面，人眼還是比電腦銳利多了。天文影像當中，有許多非真實天體造成的光點，電腦經常會受騙，但人眼很容易辨認出來那是假的。
天文學家決定嘗試一個新的方法：利用全世界的眾多人的眼睛，一起幫忙尋找「第九行星」。網際網路把全世界的人們串聯在一起，天文學家只要設計一個容易操作的小工具，將天文影像放上網，大家就可以到網站上幫忙尋找了。
於是，天文學家就設計了這個網站「Backyard Worlds: Planet 9」。點選「classify」，就可以進去尋找失落的行星了。網頁顯示的天文影像，是由廣域紅外線巡天探測衛星（WISE）拍攝，這是紅外光影像，可以偵測行星自己發出的光。如果「第九行星」的特性符合預期，應該會出現在某一組照片的某一個角落。或許你就是那個幸運兒，現在「抽到」的這組照片，就是具有「第九行星」的那張！當然，看越多張照片，找到的機會就越大了。
每組照片都有不同時間拍攝的幾張，請你當作動畫來看。我們要觀察的重點就是是否有天體在移動。移動的天體，有可能是「第九行星」，也可能是一種稱為「棕矮星」的天體，它們是形成失敗的恆星，有可能出現在太陽系外圍，天文學家也很有興趣尋找。如何判斷天體在移動呢？我們需要找兩種型態的天體，一種是「雙極（dipole）」，原本亮左邊，後來亮右邊，其實是移動速度慢的天體。另一種是「移動物（mover）」，很明顯在影像中移動，這些是移動速度較快的天體。這兩種特徵，都是天文學家有興趣尋找的天體，請你都利用「標記工具」，在圖片上標記出來。若有這兩種型態的天體，在動畫中的每張照片都需要標記，才方便追蹤它的移動。如果沒有任何雙極或者移動物，請你直接按「完成」。
不過請特別注意，有些容易混淆的光源，不要選進去了。首先，鋒芒四射的光源其實是恆星（如下圖左），不需列入，別把它和「雙極」搞混了。此外，有些光源並非真正來自天體（如下圖右），就像鬼影一樣，肉眼通常能辨識出來，也請你不要選到它們了。頁面右邊的「Field Guide」有更多例子，可以點進去參考。
了解遊戲規則之後，趕快上網幫忙尋找「第九行星」吧！人類對宇宙的探索愈加深刻，卻發覺我們自己居住的太陽系比想像中來得複雜，值得深入發掘的面向還有很多。在網路串連全世界的時代，天文學家號召全世界大眾一起幫忙。這就是「網路公民天文學」的概念，人人都能作為天文學家，到我們的家園──太陽系的邊緣探險，在無數的影像中尋找寶藏。不論是否真的找到「第九行星」，這些「鍵盤天文學家」對於古柏帶天體與棕矮星的搜尋，將有不少貢獻。其實，在Zooniverse這個網站上，還有很多其他的公民天文學計畫，歡迎你一起上網探索宇宙！
- 「Backyard Worlds」公民天文學網站的介紹影片：
參考資料：
- Batygin, K., & Brown, M. E. 2016, AJ, 151, 22
- Malhotra, R., Volk, K., & Wang, X. 2016, ApJL, 824, L22
- Standish, E. M. 1993, AJ, 105, 2000
- Trujillo, C. A., & Sheppard, S. S. 2014, Natur, 507, 471
- Witze, A. 2016, Natur, 529, 266
- Witze, A. 2016, Natur, 531, 290
- Byrd, D. 2016, More evidence for a 9th planet, EarthSky
- Byrd, D., & Imster, E. 2016, Help astronomers look for Planet 9, More evidence for a 9th planet, EarthSky
- Faherty et al., Backyard Worlds: Planet 9, Zooniverse
- Reddy, F. 2017, NASA-funded Website Lets Public Search for New Nearby Worlds, NASA News Releases
狐禪
