失落的星球（太阳系存在失落的星球）

我们的太阳系就像一个有46亿年历史的犯罪现场。

布满陨石坑的表面，不对齐的行星轨道和行星际碎片流，就像墙上的血迹和逃逸车上的滑痕一样，都是宇宙中的等价物。这些和其他的线索告诉我们的行星大家庭的一个混乱的开端。

隐藏在这些线索中的是一个迷失行星的迹象：第九颗行星(不是冥王星)在一场引力拉锯战中被踢走，这场拉锯战重塑了早期的太阳系。

今天，外太阳系被四个巨大的世界所主宰：木星、土星、天王星和海王星。在它们的后面是柯伊伯带，这是一片结冰的碎片，冥王星也是它的居民之一。

巨行星的早期迁移是以碎片聚集在柯伊伯带的方式记录的，柯伊伯带是环绕海王星轨道的一圈冰冷物体(如图所示)。

位于科罗拉多州博尔德的西南研究所的行星科学家大卫·内斯沃恩(David Nesvoln)说，“我们不应该落入观察太阳系外的陷阱，认为它总是那样。”

内斯沃恩是试图弄清楚太阳系最初几亿年的演化过程的一批科学家之一。通过复杂的计算机模拟，研究人员组织了一种描述方式，即幼小的行星在相对较近的位置上形成，然后相互调整位置，交替地滑行和从一条轨道跳到另一条轨道上。这些模拟解释了今天行星、小行星和彗星围绕太阳运行的许多微小细节。

除了有一个问题。内斯沃恩在9月份的《天文学与天体物理学年度评论》中写道，故事通常以天王星或海王星被逐出太阳系而告终。

由于天王星和海王星仍然存在，宇宙飞船已经访问了这两个世界，这个描述就不太靠谱了。但许多研究人员怀疑，第五颗巨型行星可能是这个谜团所需要的解释，也可能是太阳系历史上一个关键的失踪角色。

幻影星球。

为了重现这些古老的场景，天文学家依靠计算机模拟以数千种不同的方式产生成千上万个不同的太阳系。在代码中，他们展示了物理定律和他们所能想象到的任何行星排列的起始线。研究人员设定在某些地方落下一颗行星，在另一些地方撒上一些小行星，让模拟顺其自然。在经历了几个星期之后，天文学家们窥视着太阳系内部，看看太阳系是如何形成的。越接近真实的情况，就越好。

这就是内斯沃恩在2009年所做的事情。他正在研究虚拟太阳系，试图找到一种方法来将虚拟天王星和虚拟海王星从单向旅行中拯救到虚拟深空中。

问题是木星。这颗巨大的行星是一个恶霸，它的引力可以到达很远很广的地方，在较小的星球和各种各样的碎片周围移动。在当时最成功的模拟中，木星和两颗最外层的行星中的一颗相互碰撞，最终稳定在它们的现代轨道上。但这种情况只发生在百分之一的情况下。在其他99%的情况下，木星把天王星或海王星甩得太厉害，以至于他们离开了太阳系，再也没有回来过。

尼斯沃恩说：“这让事情变得奇怪，因为我们知道天王星和海王星幸存了下来。”在经历了数不清的不同场景一年后，他开始尝试加入烈士世界的想法：牺牲额外的行星来拯救其他星球。

“我会运行这些模拟只是为了看看会发生什么，而不是把它们看得太认真。”内斯沃恩说，“但后来我意识到，它们可能有些道理。”他进行了大约10000次模拟，改变了额外行星的数量、它们的起始位置以及它们在每一颗行星中的质量。

最好的方案，重现最接近真实太阳系的太阳系，是有一颗额外的行星生活在土星和天王星的原始轨道之间。这个世界大约和天王星和海王星一样大，大约是地球的16倍。正是这颗行星可能与木星的轨道纠缠在一起，并被抛出太阳系。

图显示了每颗行星与太阳的平均距离随着时间的推移而发生的变化。在计算机模拟中，最初几百万年内轨道变化缓慢，然后土星(绿色)和另一颗行星(紫色)之间的近距离碰撞导致轨道跳跃和摆动。虚线标出了轨道的现代尺寸。

可能性仍然不大。这种设置的重复模拟只在大约5%的情况下起作用。“目前的太阳系既不是典型的，也不是预期的结果，”内斯沃恩在2012年的一篇探讨这一想法的论文中写道。

法国波尔多大学(University Of Bordeaux)行星科学家肖恩·雷蒙德(SeanRaymond)表示：“实际上，援引第五颗巨行星的存在要简单得多。虽然证据很大程度上是间接的，有一个额外行星的证据更有意义。”

这似乎有点牵强。天文学家怎么能知道40多亿年前我们拥有的行星发生了什么，更不用说那些甚至不在这里的行星了？结果发现，这些行星在年轻时留下了大量的战斗痕迹，让行星侦探们试图去解释。

星际血液飞溅。

诺曼俄克拉荷马大学的行星科学家内森·凯布说：“我们非常确定，这些行星并不是在今天的地方形成的。”

不过，这一认识是最近才认识到的。在历史上的大部分时间里，观星者都假定行星总是沿着它们现有的轨道运行。但在20世纪90年代早期，研究人员意识到在这种情况下有些不对劲。

在海王星轨道的正上方是柯伊伯带，这是环绕太阳的一片冰冷的碎片。“它们是墙上溅出的血迹。”加州理工学院的行星科学家康斯坦丁·巴特金(Konstantin Batygin)说。

柯伊伯带天体的排列让研究人员得出了一个不可避免的结论：海王星肯定比现在更靠近太阳。柯伊伯带中的许多物体以同心圆的轨道聚集在一起，模糊地像一张唱片中的凹槽。这些不仅仅是随机轨道，它们直接连接到海王星。

以柯伊伯带最著名的居民冥王星为例。海王星和它已知的几百个同伴每三次绕太阳一圈，海王星就会绕两圈。

柯伊伯带不可能自己走到那一步。然而，如果海王星靠近太阳形成，然后向外移动，它的引力就会像一个网一样，把附近的行星际碎片困在这些特殊的轨道上，并带着它去兜风。

这个模拟显示了外部行星的紧凑配置(左图)可能会随着时间的推移而发生变化。木星和土星同步轨道(中图)，这导致所有行星的轨道改变。在这个特殊的运行过程中，天王星和海王星互换位置。随着时间的推移，碎片散落(右图)，其中一些沉降在柯伊伯带，因为行星走向他们的现代轨道。

这与十年前的一些模拟结果相吻合。行星的形成是一件杂乱无章的事情，留下的碎片散落在整个太阳系。任何离海王星太近的碎片都会受到行星引力的控制。因为每一个作用都有一个相等的相反的反应，每次海王星轻推一个碎片，行星就会被推到相反的方向。随着时间的推移，海王星会慢慢地远离太阳。

海王星的迁徙也牵涉到其他巨型行星。毕竟，木星、土星和天王星都是在同一片残骸中翻滚，并处理类似的引力相互作用。如果海王星移动，那么所有的大行星都必须移动。

来自所有这些碎片的不断研磨应该已经把这些巨大行星的轨道雕刻成了完美的、排列一致的圆圈。不过，轨道并不是这样结束的。而这些巨行星的运行轨道则略微拉长和倾斜。

到2005年，研究人员已经发现了一个罪魁祸首。新的模拟表明，在某一时刻，这些巨行星一定经历了科学家所说的“动力不稳定”。换句话说，事情变得疯狂了大约一百万年。最有可能的源头似乎是土星与天王星或海王星之间的一系列近距离碰撞，它们将这两个星球中的一个推向了木星。当这个任性的世界靠近时，它的引力向木星靠拢，使这颗巨大的行星减速并下降到较低的轨道。但是木星对这颗正在入侵的行星的牵引力也是一样大的。天王星或海王星，由于轻得多，加速的速度远远超过木星减速的速度，使它偏离太阳。

这种变化就像是太阳系的引力冲击。木星向内跳跃，而其他外行星则向外跳跃。这一脚会把巨型行星的轨道扭曲成它们的现代姿态。它还将拯救太阳系内部-水星、金星、地球、火星和小行星带，免受木星和土星长期引力干扰的影响，这是早期模拟中出现的另一个问题。

这就给我们带来了天王星或海王星的移除。正是在这个模拟点上，木星更经常地把一个冰巨星（天王星或海王星）踢到星系中去了。

这就是内斯沃恩试图解决的两难问题，同时又不破坏其他所有能起作用的模拟方法。一个额外的冰巨星承受了木星欺凌的冲击，同时让描述中的其他事件畅通无阻地展开。

“这完全是可信的。”巴特金说，“如果你问有什么理由说明为什么我们应该有两个而不是三个冰巨星，答案是绝对没有。”他说，事实上，一些计算表明，最初可能有多达五个类似海王星的星球形成。

巴特金和他的同事们在探索这个问题的同时，也在探索奈斯沃恩的问题，尽管他们的动机是不同的。“我想证明，不可能有一个额外的巨大行星。”他说。

他推测，这颗假设中的行星，在离开太阳系的途中，会搅乱柯伊伯带中被称为寒带的一部分。巴特金说，如果柯伊伯带是一个甜甜圈，那么寒带就是巧克力填料，这类物体的轨道在柯伊伯带内几乎是平坦的。一颗经过的行星应该已经搅动了这些轨道，至少巴特金和他的同事们是这么认为的。

他们的计算机模拟表明它没有这样的功能。这并不能证明这颗行星的存在，只是证明了这颗行星无论是否存在，太阳系都能正常运转。这个星球还能留下更直接的痕迹吗？或者回到犯罪现场的类比，有刹车的痕迹吗？内斯沃恩认为可能存在。

线索的核心。

柯伊伯带还有一个叫做内核的部分，那是一条狭窄的冰流，其轨道目前与海王星的轨道不同步。它的起源有点令人费解。2015年，内斯沃恩认为海王星的向外迁移可能是原因之一。

当海王星跋涉到最后的轨道，把碎片扫进同步轨道的时候，一个“撞击”在适当的时候可能会释放出一些碎片，让它变成一个独立的流，就像内核一样。模拟表明，使木星跳跃并抛出额外行星的引力冲击，也会在适当的时候撞击海王星。

“你最终会得到类似于内核的东西。”内斯沃恩说，“这是间接证据，但这并不是决定性的。”

事实是，我们可能永远不知道太阳系形成时期究竟发生了什么。

最近几年，天文学家们发现了一些漂浮在恒星之间的流氓行星，很有可能是从它们的家园中喷射出来的。根据一些推断，“这些观测结果表明，银河系中自由漂浮的木星大小的行星比恒星还多。”内斯沃恩说。

另外，天文学家们在银河系中发现了数千个行星系统，其中许多显示出了比我们自己的行星系统更具有戏剧性的星系的迹象。他说：“令人惊讶的是，太阳系仍然是如此的有组织。”