اگر سیاره نهم وجود داشته باشد، جرمی کوچک نیست که در تاریکی نادیده گرفته شده باشد. فرضیه فعلی جهانی را توصیف میکند که چند برابر زمین جرم دارد و احتمالاً ساختاری شبیه یک زیرنپتون سرد دارد، نه یک سیاره سنگی مانند زمین. در واقع، دلیل دیده نشدن آن در بررسیهای تلسکوپی، بیشتر به این موضوع مربوط میشود که فاصله چگونه نور بازتابشده را بهشدت تضعیف میکند.
اگر سیاره نهم وجود داشته باشد، جرمی کوچک نیست که در تاریکی نادیده گرفته شده باشد. هیچ تلسکوپی تاکنون سیاره نهم را شناسایی نکرده است. ویژگیهای پیشنهادی آن از توزیع غیرعادی مدارهای تعداد محدودی از اجرام دوردست کمربند کویپر استنباط شدهاند. این موضوع همچنان یک فرضیه است و اجماع قطعی درباره آن وجود ندارد. حتی اندازه پیشنهادی این سیاره نیز بر اساس یک فرض درباره ساختار سیارهای محاسبه شده و حاصل تصویربرداری مستقیم از آن نیست.
سیارهای بزرگ که از مسیر اجرام کوچک استنباط شده است
در یک تحلیل مداری در سال ۲۰۲۱، مایکل براون و کنستانتین باتیگین جرم سیاره نهم را حدود ۶.۲ برابر جرم زمین برآورد کردند؛ البته این عدد دارای عدم قطعیتی معادل مثبت ۲.۲ و منفی ۱.۳ جرم زمین است. نیمقطر بزرگ مدار موردنظر آنها ۳۸۰ واحد نجومی بود و محدودهای تقریباً بین ۳۰۰ تا ۵۲۰ واحد نجومی برای آن در نظر گرفته شد. همچنین فاصله حضیض مداری آن حدود ۳۰۰ واحد نجومی برآورد شد.
پژوهشگران سپس از رابطه میان جرم و شعاع سیارات زیرنپتونی استفاده کردند. بر اساس جرم میانه، این رابطه شعاعی کمی بیش از دو برابر شعاع زمین را نشان میدهد؛ بنابراین قطر این سیاره میتواند بیش از دو برابر قطر زمین باشد. چنین ساختاری برای جرمی با هستهای سنگی-یخی و پوششی از هیدروژن و هلیوم قابلقبول است، اما این اندازهگیری مستقیم نیست. این رابطه بر اساس سیارات فراخورشیدی بسیار گرمتر به دست آمده است.
مرور فعلی ناسا نیز همچنان جرم احتمالی سیاره نهم را بین پنج تا ۱۰ برابر جرم زمین تخمین میزند و تأکید میکند که این سیاره هنوز کشف نشده است. جرم، شعاع، بازتابندگی، مدار و موقعیت فعلی آن همگی به فرضیات مرتبط هستند. تغییر هر یک از این عوامل میتواند روشنایی پیشبینیشده سیاره را تغییر دهد.
فاصله زیاد، بیشتر نور خورشید را از بین میبرد
میزان دریافت نور از قانون عکس مجذور فاصله پیروی میکند. در فاصله ۵۰۰ واحد نجومی، سطح یک جرم تنها یکدویستوپنجاههزارم نوری را دریافت میکند که در مدار زمین به آن میرسد. در فاصله ۳۰۰ واحد نجومی، این کاهش به ۹۰ هزار برابر و در فاصله ۷۰۰ واحد نجومی به ۴۹۰ هزار برابر میرسد. بنابراین یک مدار بسیار کشیده میتواند حتی پیش از در نظر گرفتن ویژگیهای نامشخص سطح سیاره، تفاوت شدیدی در میزان روشنایی ایجاد کند.
سیارهای با شعاع دو برابر زمین، سطح مقطع تقریباً چهار برابر زمین دارد؛ بنابراین در فاصله یکسان، چهار برابر نور بیشتری دریافت میکند. یک جو بازتابنده نیز میتواند به دیدهشدن آن کمک کند. این مزایا در مقایسه میان سیارات قابلتوجه هستند، اما در برابر کاهش چندصد هزار برابری نور ورودی بسیار ناچیزند.
نور بازتابشده باید دوباره مسیر بازگشت را طی کند
تنها بخشی از نور خورشیدی دریافتشده توسط سیاره به فضا بازتاب میشود و تنها بخش بسیار کوچکی از آن در جهت زمین حرکت میکند. نور بازگشتی نیز هنگام حرکت به سمت زمین تحت تأثیر قانون عکس مجذور فاصله قرار میگیرد. برای جرمی در فاصله چندصد واحد نجومی، فاصله آن از زمین تقریباً به فاصلهاش از خورشید نزدیک است و میتوان برای مقایسهای ساده این دو را تقریباً یکسان در نظر گرفت.
در یک مدل ایدهآل از نور بازتابشده، اثر این دو مسیر باعث میشود کاهش روشنایی تقریباً با عکس توان چهارم فاصله متناسب باشد. اگر جرمی مشابه را از فاصله یک واحد نجومی به ۵۰۰ واحد نجومی منتقل کنیم، پیش از در نظر گرفتن شعاع، آلبدو و زاویه فاز، شار نور بازتابشدهای که به ناظر میرسد حدود ۵۰۰ به توان چهارم برابر کمتر میشود. این یعنی حدود ۶۲.۵ میلیارد برابر نور کمتر.
این عدد به معنای قدر ظاهری پیشبینیشده برای سیاره نهم نیست. مدلهای جستوجو، شعاع احتمالی، جو، آلبدو، هندسه مدار و فیلترهای مورد استفاده تلسکوپ را نیز در نظر میگیرند. با این حال، این محاسبه نشان میدهد چرا «بزرگ بودن» و «آسان دیده شدن» در بخشهای بیرونی منظومه شمسی دیگر مترادف نیستند.
نقطهای کمنور و متحرک در میان میلیاردها جرم دیگر
محاسبات اولیه نشان میدادند که سیاره فرضی در بخشهایی از مدار احتمالی خود میتواند قدر ظاهری بین ۲۲ تا ۲۵ داشته باشد. این میزان تقریباً یک میلیون تا ۴۰ میلیون برابر کمنورتر از حد معمول دید چشم غیرمسلح است. علاوه بر این، سیاره از نظر تلسکوپی به شکل یک نقطه دیده میشود و برای شناسایی آن باید جابهجایی بسیار آهستهاش در تصاویری که با فاصله چند شب، چند ماه یا حتی چند سال ثبت شدهاند، به یکدیگر مرتبط شود.
مقیاس این فرایند جستوجو قابلتوجه است. یک جستوجوی Pan-STARRS1 در سال ۲۰۲۴ کار خود را با ۱.۲۶ میلیارد تشخیص ثبتشده در یک شب از نقاط مختلف آسمان در محدوده پیشبینیشده آغاز کرد. بیشتر این موارد نویز یا اجرام ثابت بودند. پس از بررسی ارتباط مداری و پیگیریهای بیشتر، هیچ نامزدی باقی نماند. این پژوهش، در کنار نتایج رصدخانه Zwicky Transient Facility و Dark Energy Survey، توانست ۷۸ درصد از جمعیت مرجع پیشبینیشده در مدل سال ۲۰۲۱ سیاره نهم را کنار بگذارد.
این ۷۸ درصد به معنای ۷۸ درصد احتمال وجود نداشتن سیاره نهم نیست و تمام سیارات احتمالی در فاصلههای دوردست را نیز شامل نمیشود. این رقم نشاندهنده بخشی از موقعیتها و روشناییهای مربوط به یک جمعیت فرضی مشخص است که انتظار میرفت این بررسیها بتوانند آنها را شناسایی کنند. بخش زیادی از موارد باقیمانده کمنورتر از قدر ظاهری ۲۱ بودند یا در نزدیکی ناحیه شلوغ صفحه کهکشان قرار داشتند.
کشف اجرام بیشتر کمربند کویپر، اصل فرضیه را آزمایش میکند
جستوجو فقط به یافتن یک سیاره کمنور محدود نمیشود. این فرضیه در ابتدا از مشاهده نوعی تجمع ظاهری در جهتگیری مدار اجرام دوردست کمربند کویپر شکل گرفت. یک نمونه بزرگتر و منظمتر از این اجرام میتواند این الگو را تقویت کند، مدار احتمالی سیاره را تغییر دهد یا نشان دهد که سوگیریهای رصدی باعث ایجاد بخش بیشتری از این همراستایی نسبت به چیزی شدهاند که انتظار میرفت.
به همین دلیل، آزمایش سیاره نهم توسط رصدخانه روبین اهمیت دارد، حتی اگر این سیاره هرگز در یک تصویر منفرد ظاهر نشود. مشکل انتخاب و شناسایی اجرام دوردست را میتوان در کشف اجرامی مانند ۲۰۱۷ OF201 نیز مشاهده کرد؛ جرمی دوردست که حدود ۹۹.۵ درصد از مدار خود را خارج از محدوده قابلدسترس بررسیهای رصدی طی میکند. کشف آن در بخشی از مدار که امکان شناساییاش وجود داشت، نشان میدهد که ممکن است اجرام مشابه بسیار زیادی در بخش بیرونی منظومه شمسی همچنان دیده نشده باشند.
روبین میتواند محدوده جستوجو و خود فرضیه را محدودتر کند
بررسی میراث زمان و فضا، یا LSST، رصدخانه روبین از اواخر ژوئن ۲۰۲۶ آغاز شد. این بررسی اصلی حدود ۱۸ هزار درجه مربع از آسمان نیمه جنوبی را بهطور مکرر تصویربرداری میکند و زمانبندی آن بهگونهای طراحی شده است که تغییرات و حرکت اجرام قابل شناسایی و پیگیری باشند. این پروژه باید فهرست بسیار بزرگتری از اجرام دوردست منظومه شمسی ایجاد کند و بخشهای کمنوری را که بررسیهای قبلی نتوانستهاند پوشش دهند، بررسی کند.
رصدخانه روبین ممکن است سیاره نهم را کشف کند، محدودهای را که نسخه سال ۲۰۲۱ این فرضیه میتواند در آن پنهان شده باشد کوچکتر کند یا حتی شواهد مداریای را که اساس این فرضیه بودهاند تغییر دهد. البته هیچیک از این نتایج در کوتاهمدت تضمینشده نیست.
در حال حاضر، نبود یک تصویر از سیاره نهم به این معنا نیست که جرم فرضی آن باید کوچک باشد. حتی جهانی با قطری بیش از دو برابر زمین نیز میتواند از دید ما پنهان بماند؛ زمانی که نور خورشید پس از طی صدها واحد نجومی بهشدت ضعیف شده و بازتاب بسیار ناچیز آن نیز مجبور است دوباره تقریباً تمام این مسیر تاریک را تا زمین طی کند.
