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第九號行星是否真存在？我們該如何尋找？看科學家給我們答案

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2022年11月05日 -
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物理學家Edward Witten建議使用鐳射光發射探測器去尋找被稱為“第九行星”（Plant 9）的神秘的引力來源，例如“突破攝星”（Breakthrough Starshot）。 
在我們太陽系外圍有一些重量很大的東西，至少看起來是這樣的。 它們散布在太陽系最邊緣的地方，在那裏有著地球5到10倍重量的物體用引力拉著周圍的物體。 從來沒有人見過它，盡管多年以來一直有人在用望遠鏡搜尋著這個幽靈。 事實上，並不是所有人都相信它真實存在著。 目前，大部分天文學家將其稱為“第九行星”（Plant 9）。 
現在，著名的理論物理學家Edward Witten發表了一篇論文關於如何追蹤這顆懸浮在太陽系周圍的幽靈一般的行星——一群通過激光發射，速度達到0.1%光速的微型探測器。 Witten在新發表的論文中認為，如果用數百個小探測器覆蓋這部分空間，那麼艦隊就應該能夠確定失蹤物體的位置。 (這篇論文尚未經過同行評審或被期刊接受發表。 )
Witten在是新澤西州高級研究所的一個理論物理學家和數學家，他最著名的工作是量子場論的數學和弦理論的統一“M理論”的創始人。 他也是第一個獲得菲爾茲獎的物理學家，菲爾茲獎是數學領域最負盛名的獎項。 Witten也承認，這些成就並不是NASA任務設計師建立上的典型要素。 
他告訴趣味科學網站說:“我提出的尋找第九顆行星的方法是否可行，或者即使可行，這是否是最好的方法，目前還遠遠不清楚。 ”
Witten的想法很大程度上參考了“突破攝星”。 由億萬富翁物理學家Yuri Milner，Stephen Hawking 和 Mark Zuckerberg共同創建的“突破攝星”計劃旨在探索離地球4.37光年的半人馬座阿爾法星系。 “突破攝星”的理念是將小型探測器以光速的15%到20%的速度發射出去，在發射之後20到30年到達目的地。 自從2016年該計劃宣布以來，還沒有確定發射日期。 
Witthen在4月29號發布在arXiv數據庫裏的論文中寫到，在尋找“九號行星”的過程中，沿著“突破攝星”路線進行的項目有兩個主要的優勢。 所需要的速度是可以達到的，而且發射很多成百數千的飛行器也是可行的。 
Witten追蹤這個神秘物體的想法需要每個探測器攜帶兩個設備：精密的時鐘和聲波發射機。 
每當時鐘到達設定時間之後，探測器將會往地球的方向發射一個短訊，讓地球上的人知道飛行器周圍的時間。 但隨著探測器離地球越來越遠，短訊的傳播時間也越來越長，這些短訊到達的延遲也越來越長。 將這些時鐘與地球上的原子鐘同步，然後跟蹤它們的延遲，你就可以精確地計算出每個探測器在任何特定時間離地球的距離。 
這有助於研究人員描繪出探測器軌跡的地圖。 在艦隊出發的前幾年軌跡是可以預測的，因為太陽系的內部的主要引力區域都是已知的。 我們抬頭就可以看到大部分行星。 但是，在發射大概十年之後，探測器將會到達“海王星外天體”區域，“9號天體”可能會存在於那片區域中。 
“當飛船通過‘九號天體’時，該行星的引力會使他加速。 最終，在特定的時間點，該探測器發出的信號會比預測到達時間慢一些。 ”Witten告訴生活科學網站。 
通過追蹤飛行器移動的加快以及加快了多少，Witten預測這支艦隊可以定位出“九號天體"的位置和它的引力大小。 Witten計算出，為了讓探測器以光速的0.1%工作，時鐘的精度必須達到10萬分之一秒，而這支艦隊將需要數百個探測器。 
他指出，建造激光設備將是昂貴的，根據“突破攝星”(Breakthrough Starshot)的一份報告，這個數字為5.17億美元。 但一旦設施建成，每次新的探測器發射都將很便宜，需要價值8000美元的電池電源，加上相對便宜的探測器的成本。 
Witten的想法在天體物理學界引起了興奮和深深的懷疑。 
對“九號行星”的搜尋已經持續了很長時間，一些天文學家開始認為，可能是某些特性使它保持隱藏。 也許它的輪廓映襯著銀河系的明亮帶。 在這種情況下，太陽從行星表面的微弱反射將被銀河系的明亮光芒淹沒。 或者它根本就不是一顆行星，而是某種更奇特的東西。 
生活科學在2019年10月報道過，有兩個天文學家提出“九號行星”可能根本不是一個行星。 而是一個柚子大小的黑洞，其質量完全相當於一顆行星，有可能是在早期宇宙中產生的，最終在我們太陽系外部消亡。 但就連這篇論文的作者也認為這種情況不太可能發生。 即便如此，他們已經開始尋找環繞這樣一個黑洞的暗物質暈的特征:暗物質“湮滅”自身時產生的伽馬射線。 
伊利諾伊大學芝加哥分校的物理學家、這篇葡萄柚大小的黑洞論文的作者之一James Unwin說：WItten的建議的優勢在於，如果它有效，它將適用於任何重力源。 即使這個物體非常奇特，我們永遠無法直接看到它，但它所構建的重力地圖將幫助天體物理學家弄清楚它在哪裏，但願還能弄清楚它是什麼。 
“Witten教授正在考慮一些本質上的糟糕的場景，也就是這是一顆無法觀測到的行星。 又或者說它隱藏在天空中很難觀測到的地方，又或者它是一個黑洞，但暗物質並沒有湮滅（產生伽馬射線）。 ”Unwin又補充說道，“這就像撒了一張大網”。 
Witten說：行星、黑洞，甚至是更奇特的、自存在於理論中的物體（想想：誇克金塊）都有可能絆住這張大網。 
問題在於，我們有充分的理由去懷疑Witten的理論是否在現實中真正可行。 
美國宇航局艾姆斯研究中心的退休主任、“突破獎基金會”(“突破攝星”項目的負責人)主席Pete Worden告訴生活科學說：“我們對於Witten教授的假說非常感興趣，我們正在與他和更廣泛的科學界和工程界一起跟進這一讓人興奮的假說。 ”
然而，他聽從了哈佛大學天體物理學家、突破攝星計劃咨詢委員會主席Avi Loeb的“詳細評論”。 
Loeb以自己不同尋常的想法而聞名，他告訴生活科學說：Witten的假說忘記了一個很重要的要素，那就是“九號天體”周圍可能圍繞著其他天體。 
Loeb說，因為威騰的想法涉及到快速移動的航天器尋找一個相當小的質量，所以時鐘必須非常精確才有用。 在光速0.1%的情況下，每一秒的零點幾秒都代表著一個巨大的距離。 這就是為什麼威騰計算出探測器上的時鐘必須精確到10萬分之一秒。 Loeb說，這使得測量結果很容易被微小的乾擾破壞。 而這個區域剛好存在著這樣的乾擾。 
“九號行星位於太陽風層頂之外，在那裏太陽風受到星際物質的限制，”Loeb說。 旅行者1號和旅行者2號是NASA於1977年發射的快速探測器，在過去十年中首次到達日球層頂，這是唯一能夠做到這一點的人造探測器。 然而這兩顆行星都還沒有到達據信9號行星的軌道距離。 過了日球層頂，太陽風就不再存在於身後了。 相反，你會受到輻射和漂浮在恒星之間的帶電塵埃——星際介質的沖擊。 
Loeb說：“當我讀到Witten的論文時，我意識到與星際介質相互作用產生的噪音將會遠超他想要收到的目標信號。 ” Loeb對生活科學說：“尤其是，星際介質對飛行器產生的拉力可能遠超‘九號行星’產生的引力作用，這種力由於湍流而不可預測的波動會引入噪聲，使所需的信號變得模糊。 除此之外，飛行器由於星際介質所獲得的電荷會導致其軌道進行便宜。 由星際介質磁力產生的偏移將大於‘九號行星’引力產生的偏移。 
Loeb還說，Witten的計劃在理論上是行得通的，但是在“九號行星”所處的情況下行不通。 他指出，在2017年它與人合著發布在《天體物理學雜志通訊》上的一篇論文中，Loeb提出當“突破攝星”呼嘯而過半人馬座阿爾法星時，使用類似的測量方法來測量系外行星的引力。 
這個假說依賴於一個更加複雜，從來都沒人嘗試國的方法，來測量如此極端情況下的加速度。 半人馬座阿爾法星自身的太陽風可能會保護“突破攝星”飛船不受星際介質的影響，使測量成為可能，而他說，在“九號行星”上是不可能的。 
Witten說：減緩速度來提高飛行器的敏感度同樣也不現實。 “一枚化學火箭，以較慢的速度移動，將會花費大約一個世紀的時間才能到達‘九號行星’，”他說。 Loeb總結了他對於Witten論文的一些反對意見，發表在arXiv期刊上。 Witten說：“我看了那篇論文，他提出了一個嚴肅的疑問，而且那很有可能是正確的。 ”
盡管這樣，Loeb說：Witten的思考還是有很多值得興奮地的原因。 他還說：“除了‘九號行星’之外，我們還是有理由去發射這些很快的探測器，去定位太陽系中其他物體的位置。 ” Loeb提到：在我們太陽系中有很多的物體，用大型化學火箭去研究是不切實際的。 像“Oumuamua ”這樣的星際彗星在我們的太陽系中閃耀得太快，傳統的探測器無法捕捉和研究細節。 相對較低的成本將使激光發射的探測器用於研究潛在的生命棲息地環境，比如土衛二上方的水柱。 
BY: Rafi Letzter
FY: balancehorse

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物理學家Edward Witten建議使用鐳射光發射探測器去尋找被稱為“第九行星”（Plant 9）的神秘的引力來源，例如“突破攝星”（Breakthrough Starshot）。

在我們太陽系外圍有一些重量很大的東西，至少看起來是這樣的。它們散布在太陽系最邊緣的地方，在那裏有著地球5到10倍重量的物體用引力拉著周圍的物體。從來沒有人見過它，盡管多年以來一直有人在用望遠鏡搜尋著這個幽靈。事實上，並不是所有人都相信它真實存在著。目前，大部分天文學家將其稱為“第九行星”（Plant 9）。

現在，著名的理論物理學家Edward Witten發表了一篇論文關於如何追蹤這顆懸浮在太陽系周圍的幽靈一般的行星——一群通過激光發射，速度達到0.1%光速的微型探測器。Witten在新發表的論文中認為，如果用數百個小探測器覆蓋這部分空間，那麼艦隊就應該能夠確定失蹤物體的位置。(這篇論文尚未經過同行評審或被期刊接受發表。)

Witten在是新澤西州高級研究所的一個理論物理學家和數學家，他最著名的工作是量子場論的數學和弦理論的統一“M理論”的創始人。他也是第一個獲得菲爾茲獎的物理學家，菲爾茲獎是數學領域最負盛名的獎項。Witten也承認，這些成就並不是NASA任務設計師建立上的典型要素。

他告訴趣味科學網站說:“我提出的尋找第九顆行星的方法是否可行，或者即使可行，這是否是最好的方法，目前還遠遠不清楚。”

Witten的想法很大程度上參考了“突破攝星”。由億萬富翁物理學家Yuri Milner，Stephen Hawking 和 Mark Zuckerberg共同創建的“突破攝星”計劃旨在探索離地球4.37光年的半人馬座阿爾法星系。“突破攝星”的理念是將小型探測器以光速的15%到20%的速度發射出去，在發射之後20到30年到達目的地。自從2016年該計劃宣布以來，還沒有確定發射日期。

Witthen在4月29號發布在arXiv數據庫裏的論文中寫到，在尋找“九號行星”的過程中，沿著“突破攝星”路線進行的項目有兩個主要的優勢。所需要的速度是可以達到的，而且發射很多成百數千的飛行器也是可行的。

Witten追蹤這個神秘物體的想法需要每個探測器攜帶兩個設備：精密的時鐘和聲波發射機。

每當時鐘到達設定時間之後，探測器將會往地球的方向發射一個短訊，讓地球上的人知道飛行器周圍的時間。但隨著探測器離地球越來越遠，短訊的傳播時間也越來越長，這些短訊到達的延遲也越來越長。將這些時鐘與地球上的原子鐘同步，然後跟蹤它們的延遲，你就可以精確地計算出每個探測器在任何特定時間離地球的距離。

這有助於研究人員描繪出探測器軌跡的地圖。在艦隊出發的前幾年軌跡是可以預測的，因為太陽系的內部的主要引力區域都是已知的。我們抬頭就可以看到大部分行星。但是，在發射大概十年之後，探測器將會到達“海王星外天體”區域，“9號天體”可能會存在於那片區域中。

“當飛船通過‘九號天體’時，該行星的引力會使他加速。最終，在特定的時間點，該探測器發出的信號會比預測到達時間慢一些。”Witten告訴生活科學網站。

通過追蹤飛行器移動的加快以及加快了多少，Witten預測這支艦隊可以定位出“九號天體"的位置和它的引力大小。Witten計算出，為了讓探測器以光速的0.1%工作，時鐘的精度必須達到10萬分之一秒，而這支艦隊將需要數百個探測器。

他指出，建造激光設備將是昂貴的，根據“突破攝星”(Breakthrough Starshot)的一份報告，這個數字為5.17億美元。但一旦設施建成，每次新的探測器發射都將很便宜，需要價值8000美元的電池電源，加上相對便宜的探測器的成本。

Witten的想法在天體物理學界引起了興奮和深深的懷疑。

對“九號行星”的搜尋已經持續了很長時間，一些天文學家開始認為，可能是某些特性使它保持隱藏。也許它的輪廓映襯著銀河系的明亮帶。在這種情況下，太陽從行星表面的微弱反射將被銀河系的明亮光芒淹沒。或者它根本就不是一顆行星，而是某種更奇特的東西。

生活科學在2019年10月報道過，有兩個天文學家提出“九號行星”可能根本不是一個行星。而是一個柚子大小的黑洞，其質量完全相當於一顆行星，有可能是在早期宇宙中產生的，最終在我們太陽系外部消亡。但就連這篇論文的作者也認為這種情況不太可能發生。即便如此，他們已經開始尋找環繞這樣一個黑洞的暗物質暈的特征:暗物質“湮滅”自身時產生的伽馬射線。

伊利諾伊大學芝加哥分校的物理學家、這篇葡萄柚大小的黑洞論文的作者之一James Unwin說：WItten的建議的優勢在於，如果它有效，它將適用於任何重力源。即使這個物體非常奇特，我們永遠無法直接看到它，但它所構建的重力地圖將幫助天體物理學家弄清楚它在哪裏，但願還能弄清楚它是什麼。

“Witten教授正在考慮一些本質上的糟糕的場景，也就是這是一顆無法觀測到的行星。又或者說它隱藏在天空中很難觀測到的地方，又或者它是一個黑洞，但暗物質並沒有湮滅（產生伽馬射線）。”Unwin又補充說道，“這就像撒了一張大網”。

Witten說：行星、黑洞，甚至是更奇特的、自存在於理論中的物體（想想：誇克金塊）都有可能絆住這張大網。

問題在於，我們有充分的理由去懷疑Witten的理論是否在現實中真正可行。

美國宇航局艾姆斯研究中心的退休主任、“突破獎基金會”(“突破攝星”項目的負責人)主席Pete Worden告訴生活科學說：“我們對於Witten教授的假說非常感興趣，我們正在與他和更廣泛的科學界和工程界一起跟進這一讓人興奮的假說。”

然而，他聽從了哈佛大學天體物理學家、突破攝星計劃咨詢委員會主席Avi Loeb的“詳細評論”。

Loeb以自己不同尋常的想法而聞名，他告訴生活科學說：Witten的假說忘記了一個很重要的要素，那就是“九號天體”周圍可能圍繞著其他天體。

Loeb說，因為威騰的想法涉及到快速移動的航天器尋找一個相當小的質量，所以時鐘必須非常精確才有用。在光速0.1%的情況下，每一秒的零點幾秒都代表著一個巨大的距離。這就是為什麼威騰計算出探測器上的時鐘必須精確到10萬分之一秒。Loeb說，這使得測量結果很容易被微小的乾擾破壞。而這個區域剛好存在著這樣的乾擾。

“九號行星位於太陽風層頂之外，在那裏太陽風受到星際物質的限制，”Loeb說。旅行者1號和旅行者2號是NASA於1977年發射的快速探測器，在過去十年中首次到達日球層頂，這是唯一能夠做到這一點的人造探測器。然而這兩顆行星都還沒有到達據信9號行星的軌道距離。過了日球層頂，太陽風就不再存在於身後了。相反，你會受到輻射和漂浮在恒星之間的帶電塵埃——星際介質的沖擊。

Loeb說：“當我讀到Witten的論文時，我意識到與星際介質相互作用產生的噪音將會遠超他想要收到的目標信號。” Loeb對生活科學說：“尤其是，星際介質對飛行器產生的拉力可能遠超‘九號行星’產生的引力作用，這種力由於湍流而不可預測的波動會引入噪聲，使所需的信號變得模糊。除此之外，飛行器由於星際介質所獲得的電荷會導致其軌道進行便宜。由星際介質磁力產生的偏移將大於‘九號行星’引力產生的偏移。

Loeb還說，Witten的計劃在理論上是行得通的，但是在“九號行星”所處的情況下行不通。他指出，在2017年它與人合著發布在《天體物理學雜志通訊》上的一篇論文中，Loeb提出當“突破攝星”呼嘯而過半人馬座阿爾法星時，使用類似的測量方法來測量系外行星的引力。

這個假說依賴於一個更加複雜，從來都沒人嘗試國的方法，來測量如此極端情況下的加速度。半人馬座阿爾法星自身的太陽風可能會保護“突破攝星”飛船不受星際介質的影響，使測量成為可能，而他說，在“九號行星”上是不可能的。

Witten說：減緩速度來提高飛行器的敏感度同樣也不現實。“一枚化學火箭，以較慢的速度移動，將會花費大約一個世紀的時間才能到達‘九號行星’，”他說。Loeb總結了他對於Witten論文的一些反對意見，發表在arXiv期刊上。Witten說：“我看了那篇論文，他提出了一個嚴肅的疑問，而且那很有可能是正確的。”

盡管這樣，Loeb說：Witten的思考還是有很多值得興奮地的原因。他還說：“除了‘九號行星’之外，我們還是有理由去發射這些很快的探測器，去定位太陽系中其他物體的位置。” Loeb提到：在我們太陽系中有很多的物體，用大型化學火箭去研究是不切實際的。像“Oumuamua ”這樣的星際彗星在我們的太陽系中閃耀得太快，傳統的探測器無法捕捉和研究細節。相對較低的成本將使激光發射的探測器用於研究潛在的生命棲息地環境，比如土衛二上方的水柱。

BY: Rafi Letzter

FY: balancehorse