第九号行星是否真存在？我们该如何寻找？看科学家给我们答案

物理学家Edward Witten建议使用镭射光发射探测器去寻找被称为“第九行星”（Plant 9）的神秘的引力来源，例如“突破摄星”（Breakthrough Starshot）。

在我们太阳系外围有一些重量很大的东西，至少看起来是这样的。它们散布在太阳系最边缘的地方，在那里有着地球5到10倍重量的物体用引力拉着周围的物体。从来没有人见过它，尽管多年以来一直有人在用望远镜搜寻着这个幽灵。事实上，并不是所有人都相信它真实存在着。目前，大部分天文学家将其称为“第九行星”（Plant 9）。

现在，著名的理论物理学家Edward Witten发表了一篇论文关于如何追踪这颗悬浮在太阳系周围的幽灵一般的行星——一群通过激光发射，速度达到0.1%光速的微型探测器。Witten在新发表的论文中认为，如果用数百个小探测器覆盖这部分空间，那么舰队就应该能够确定失踪物体的位置。(这篇论文尚未经过同行评审或被期刊接受发表。)

Witten在是新泽西州高级研究所的一个理论物理学家和数学家，他最著名的工作是量子场论的数学和弦理论的统一“M理论”的创始人。他也是第一个获得菲尔兹奖的物理学家，菲尔兹奖是数学领域最负盛名的奖项。Witten也承认，这些成就并不是NASA任务设计师建立上的典型要素。

他告诉趣味科学网站说:“我提出的寻找第九颗行星的方法是否可行，或者即使可行，这是否是最好的方法，目前还远远不清楚。”

Witten的想法很大程度上参考了“突破摄星”。由亿万富翁物理学家Yuri Milner，Stephen Hawking 和 Mark Zuckerberg共同创建的“突破摄星”计划旨在探索离地球4.37光年的半人马座阿尔法星系。“突破摄星”的理念是将小型探测器以光速的15%到20%的速度发射出去，在发射之后20到30年到达目的地。自从2016年该计划宣布以来，还没有确定发射日期。

Witthen在4月29号发布在arXiv数据库里的论文中写到，在寻找“九号行星”的过程中，沿着“突破摄星”路线进行的项目有两个主要的优势。所需要的速度是可以达到的，而且发射很多成百数千的飞行器也是可行的。

Witten追踪这个神秘物体的想法需要每个探测器携带两个设备：精密的时钟和声波发射机。

每当时钟到达设定时间之后，探测器将会往地球的方向发射一个短讯，让地球上的人知道飞行器周围的时间。但随着探测器离地球越来越远，短讯的传播时间也越来越长，这些短讯到达的延迟也越来越长。将这些时钟与地球上的原子钟同步，然后跟踪它们的延迟，你就可以精确地计算出每个探测器在任何特定时间离地球的距离。

这有助于研究人员描绘出探测器轨迹的地图。在舰队出发的前几年轨迹是可以预测的，因为太阳系的内部的主要引力区域都是已知的。我们抬头就可以看到大部分行星。但是，在发射大概十年之后，探测器将会到达“海王星外天体”区域，“9号天体”可能会存在于那片区域中。

“当飞船通过‘九号天体’时，该行星的引力会使他加速。最终，在特定的时间点，该探测器发出的信号会比预测到达时间慢一些。”Witten告诉生活科学网站。

通过追踪飞行器移动的加快以及加快了多少，Witten预测这支舰队可以定位出“九号天体"的位置和它的引力大小。Witten计算出，为了让探测器以光速的0.1%工作，时钟的精度必须达到10万分之一秒，而这支舰队将需要数百个探测器。

他指出，建造激光设备将是昂贵的，根据“突破摄星”(Breakthrough Starshot)的一份报告，这个数字为5.17亿美元。但一旦设施建成，每次新的探测器发射都将很便宜，需要价值8000美元的电池电源，加上相对便宜的探测器的成本。

Witten的想法在天体物理学界引起了兴奋和深深的怀疑。

对“九号行星”的搜寻已经持续了很长时间，一些天文学家开始认为，可能是某些特性使它保持隐藏。也许它的轮廓映衬着银河系的明亮带。在这种情况下，太阳从行星表面的微弱反射将被银河系的明亮光芒淹没。或者它根本就不是一颗行星，而是某种更奇特的东西。

生活科学在2019年10月报道过，有两个天文学家提出“九号行星”可能根本不是一个行星。而是一个柚子大小的黑洞，其质量完全相当于一颗行星，有可能是在早期宇宙中产生的，最终在我们太阳系外部消亡。但就连这篇论文的作者也认为这种情况不太可能发生。即便如此，他们已经开始寻找环绕这样一个黑洞的暗物质晕的特征:暗物质“湮灭”自身时产生的伽马射线。

伊利诺伊大学芝加哥分校的物理学家、这篇葡萄柚大小的黑洞论文的作者之一James Unwin说：WItten的建议的优势在于，如果它有效，它将适用于任何重力源。即使这个物体非常奇特，我们永远无法直接看到它，但它所构建的重力地图将帮助天体物理学家弄清楚它在哪里，但愿还能弄清楚它是什么。

“Witten教授正在考虑一些本质上的糟糕的场景，也就是这是一颗无法观测到的行星。又或者说它隐藏在天空中很难观测到的地方，又或者它是一个黑洞，但暗物质并没有湮灭（产生伽马射线）。”Unwin又补充说道，“这就像撒了一张大网”。

Witten说：行星、黑洞，甚至是更奇特的、自存在于理论中的物体（想想：夸克金块）都有可能绊住这张大网。

问题在于，我们有充分的理由去怀疑Witten的理论是否在现实中真正可行。

美国宇航局艾姆斯研究中心的退休主任、“突破奖基金会”(“突破摄星”项目的负责人)主席Pete Worden告诉生活科学说：“我们对于Witten教授的假说非常感兴趣，我们正在与他和更广泛的科学界和工程界一起跟进这一让人兴奋的假说。”

然而，他听从了哈佛大学天体物理学家、突破摄星计划咨询委员会主席Avi Loeb的“详细评论”。

Loeb以自己不同寻常的想法而闻名，他告诉生活科学说：Witten的假说忘记了一个很重要的要素，那就是“九号天体”周围可能围绕着其他天体。

Loeb说，因为威腾的想法涉及到快速移动的航天器寻找一个相当小的质量，所以时钟必须非常精确才有用。在光速0.1%的情况下，每一秒的零点几秒都代表着一个巨大的距离。这就是为什么威腾计算出探测器上的时钟必须精确到10万分之一秒。Loeb说，这使得测量结果很容易被微小的干扰破坏。而这个区域刚好存在着这样的干扰。

“九号行星位于太阳风层顶之外，在那里太阳风受到星际物质的限制，”Loeb说。旅行者1号和旅行者2号是NASA于1977年发射的快速探测器，在过去十年中首次到达日球层顶，这是唯一能够做到这一点的人造探测器。然而这两颗行星都还没有到达据信9号行星的轨道距离。过了日球层顶，太阳风就不再存在于身后了。相反，你会受到辐射和漂浮在恒星之间的带电尘埃——星际介质的冲击。

Loeb说：“当我读到Witten的论文时，我意识到与星际介质相互作用产生的噪音将会远超他想要收到的目标信号。” Loeb对生活科学说：“尤其是，星际介质对飞行器产生的拉力可能远超‘九号行星’产生的引力作用，这种力由于湍流而不可预测的波动会引入噪声，使所需的信号变得模糊。除此之外，飞行器由于星际介质所获得的电荷会导致其轨道进行便宜。由星际介质磁力产生的偏移将大于‘九号行星’引力产生的偏移。

Loeb还说，Witten的计划在理论上是行得通的，但是在“九号行星”所处的情况下行不通。他指出，在2017年它与人合著发布在《天体物理学杂志通讯》上的一篇论文中，Loeb提出当“突破摄星”呼啸而过半人马座阿尔法星时，使用类似的测量方法来测量系外行星的引力。

这个假说依赖于一个更加复杂，从来都没人尝试国的方法，来测量如此极端情况下的加速度。半人马座阿尔法星自身的太阳风可能会保护“突破摄星”飞船不受星际介质的影响，使测量成为可能，而他说，在“九号行星”上是不可能的。

Witten说：减缓速度来提高飞行器的敏感度同样也不现实。“一枚化学火箭，以较慢的速度移动，将会花费大约一个世纪的时间才能到达‘九号行星’，”他说。Loeb总结了他对于Witten论文的一些反对意见，发表在arXiv期刊上。Witten说：“我看了那篇论文，他提出了一个严肃的疑问，而且那很有可能是正确的。”

尽管这样，Loeb说：Witten的思考还是有很多值得兴奋地的原因。他还说：“除了‘九号行星’之外，我们还是有理由去发射这些很快的探测器，去定位太阳系中其他物体的位置。” Loeb提到：在我们太阳系中有很多的物体，用大型化学火箭去研究是不切实际的。像“Oumuamua ”这样的星际彗星在我们的太阳系中闪耀得太快，传统的探测器无法捕捉和研究细节。相对较低的成本将使激光发射的探测器用于研究潜在的生命栖息地环境，比如土卫二上方的水柱。