太陽系有幾大行星？

我們念書時是九大行星，但幾年前改成八大行星，現在又有人提出「尋找 X 行星」的說法，大家可能覺得頭昏腦脹，搞不清楚天文學家到底有什麼新發現，又為什麼要修正，最近還想期盼什麼樣的東西！

四月八日晚上由臺大天文物理研究所承辦的展望系列演講，請到中央大學天文所陳文屏教授來跟大家分享天文學家所認知的宇宙，特別是我們的家園太陽系的風貌，而X 行星更是壓軸的焦點。當天吸引了爆滿的觀眾到場聆聽，還有許多人席地而坐，一起遨遊宇宙太陽系。

有很多即使大家熟知的知識，譬如說八大行星可能許多人都朗朗上口，但陳文屏卻讓大家不只從文字去認識，他以類比的方式讓我們了解太陽系的這些主角並非都靠在一起，讓科學家一眼就看透、數得出所有的成員。而是了解這是散佈在一個廣袤無垠的空間中，彼此靠著萬有引力在交流影響，太陽固然引力最大，但木星也不容小覷，而其他略有份量者，在有機會靠近別人的時候，也會使出渾身解數令別的個頭較小的夥伴律動不整。

科學家還可用數學式去量化計算，太陽系的安排似乎一切都很有條理！

不過太陽系唯一的光源只有太陽，距太陽越遠光線越暗，如果那兒物體的體積又不大，則反射陽光到地球這裡，科學家很不容易看清楚。因此如果你拿「太陽系有幾大行星？」去問古人，他們可能會告訴你「五，金、木、水、火、土！」這是因為這幾顆肉眼才可見！

等到人類的宇宙觀改變之後，慢慢發現地球也是其中一顆行星，大家不是沒事在天上漫步，而是很有規律的繞著太陽旋轉。

直到望遠鏡發明之後答案又不一樣了。1781年天文學家威廉赫歇爾找到新的行星「天王星」！它的亮度差不多就在人肉眼可見的極限還略暗一點，距離則是地球到太陽的20倍，把當時人所認知的太陽系直徑整整擴大了一倍。

不過仔細觀察天王星的軌道並不完全符合萬有引力的規律，因此這讓一些人提出假說，認為在天王星軌到外面還有別的行星，還有人用數學定位算出來，再請天文臺的人幫忙觀測。

在當年溝通不順暢的情況下，有兩組人馬心有靈犀又各自獨立進行地做這事，一是英國人亞當斯請英國格林威治天文臺去看，但英國的天氣不好，星圖也不夠新，因此並沒有馬上付諸行動，拖了許久。一年後1846年法國人勒維耶也算出類似的結果，他寫信請德國柏林天文臺去看，信到的當天晚上，天文學家用最新的星圖對照，果然就看到了理論預測的海王星！

當然，光看那一眼是無法確認它是新的行星，還要連續幾天觀測到它會移動，計算出軌道才算數。驗明正身後確定，它到太陽的距離是地球到太陽的30倍，亮度則比肉眼可見的暗上6倍左右。雖然針對誰發現天王星，不同的國家可能會有不同答案，然而牛頓的萬有引力是大贏家則無庸置疑！

不過當長期觀測海王星的時候，發現它也是偶爾會有些不規律的節奏，因此科學家故技重施，再預測海王星軌道外會有另一個行星。有些觀測者花了許多時間卻毫無所獲，經過多年後直到1930年才為美國的一位年輕人湯博找到，這比肉眼可見的亮度還要暗上超過萬倍。雖然微弱的光點確定它存在，但它的質量則很晚才被定量出來，意外的是比預期小很多，看樣子無法對海王星產生太大影響，於是有一陣子科學家熱衷尋找那還理論存在卻還未現身的「第十顆行星」。而羅馬字的十就是X，且X又有「未知」的意思，因此後來雖然冥王星後來被降級，但是大家還是習慣以X 行星來稱呼那仍在蒐尋中，還未現身的神祕行星。在這過程中找到了許多個頭不大的天體，這些就被歸類為海王星外天體，或者古伯帶天體這類名稱。

最近有天文學家發現這些天體的軌道整體看起來，似乎隱約可以指出那隱身幕後的藏鏡人位置，因此而有新聞再度引起大眾關注。不過這還不代表目前已經「看到」它，目前這就只是個假說。

根據目前的訊息顯示，它到太陽的距離，可能是海王星到太陽距離的十倍，也就是地球到太陽距離的300倍，這樣的物體所反射的光線太暗太暗了，不是目前任何望遠鏡所能探測到！

有沒有別的方法可以使用呢？

有一種稱之為「掩星」的方法，這不是直接觀察反射光線，而是觀察它們擋住背景星光瞬間的訊息。這是因為行星不像背景恆星位置比較固定，而是會在天空中走來走去，說不定有的時候就會走到別的亮星前擋住人家的光線，讓光線瞬間暗一下，因此就可以用這種方式來觀察有多少這種事件。

掩星提供新訊息，有個例子是天王星的環一開始並非在地球上看到，而是天王星曾有個掩星的機會，天文學家觀察背景恆星的亮度減弱過程，發現不是一步到位，而是分三階段才暗下來，後來背景星復亮的時候也是分三階段才亮起來，因此推測可能是旁邊的環所導致的，後來證明果然如此！

不過現在想要看那麼遙遠的訊息，不管是反射光線或掩星擋住後面的光線，訊號都很微弱，這對儀器而言會是很大的挑戰。

而科學家的預測雖然很令人期待，但是也有失手的時候。陳文屏特別跟大家介紹那位從數學式子找出海王星位置的拉維耶，他發現水星軌道也不大符合當時的理論，因此就認定比水星更靠近太陽還有另外一顆行星，他甚至連名字都想好了，不過始終沒有預期的發現。後來科學家才知道這問題正是牛頓力學的瑕疵，得等到愛因斯坦廣義相對論出來了才能完美解釋。

面對這些進展，答案雖然重要，但天文學家追尋答案的方法、過程也很有意思。在這短短的演講中，陳文屏帶領大家一起欣賞宇宙的美，了解天文學家的努力與科技極限，以及天文學家希望突破極限的許多成功與失敗故事。目前看起來，這些故事似乎還不會停止，說不定跨領域的人一起來關心可有助創新突破。

看來，不論從知識觀念、自然結構、科技巧思，或者歷史發展來看，天文都有著特殊的律動與節奏。這不能以靜態觀之，而是要去欣賞其中的動態韻律。

本文出自繫心活第四期。

2016春季展望系列後續演講

1. 4月22日　趙煦教授：從極大到極小—重力波偵測

2. 4月29日　陳丕燊教授：黑洞信息遺失悖論—當相對撞上量子

3. 5月06日　孫維新館長：找到地球的大表哥？談系外行星搜尋的最新進展

4. 5月13日　呂聖元博士：意外不意外—從ALMA的新發現談太陽系的緣起

5. 5月20日　高涌泉教授：為什麼愛因斯坦一度不相信重力波—重力波的故事

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