19世紀(jì)40年代,法國數(shù)學(xué)家勒維耶運(yùn)用牛頓力學(xué)分析了天王星軌道中的擾動,并且猜想這些擾動是由一顆尚待發(fā)現(xiàn)的行星的引力造成的。勒維耶預(yù)測了這顆新行星的位置,并且把計算結(jié)果寄給了德國天文學(xué)家伽勒。1846年9月23日,在收到勒維耶來信后第二天晚上,伽勒和他的一名學(xué)生就剛好在勒維耶預(yù)測的位置發(fā)現(xiàn)了海王星,但海王星軌道中持續(xù)存在著一些輕微差異,這被解釋為:在比海王星更遠(yuǎn)的地方,還存在另一顆行星。
事實上,在海王星被發(fā)現(xiàn)以前,就有一些天文學(xué)家猜測:如果只是一顆行星,還不足以解釋天王星軌道中的擾動。早在1834年11月17日,英國業(yè)余天文學(xué)家哈斯就報告了他和法國天文學(xué)家布瓦爾以及英國皇家天文學(xué)家艾里之間的一場對話。哈斯認(rèn)為,天王星不同尋常的運(yùn)動,可能是由一顆尚待發(fā)現(xiàn)的行星的引力造成的。布瓦爾說他也想到了這一點,而且他與德國塞貝格天文臺臺長漢森曾就此話題通過信。漢森在信中說:單獨(dú)一顆行星還不足以解釋天王星的運(yùn)動,在海王星以外(比海王星更遠(yuǎn)處)可能還存在另外兩顆行星。
1848年,法國天文學(xué)家巴比萊特對勒維耶的計算結(jié)果提出了質(zhì)疑:海王星被觀測到的質(zhì)量較小,并且其運(yùn)行軌道大于勒維耶當(dāng)初的預(yù)測。在對勒維耶計算結(jié)果簡單減除的基礎(chǔ)上,巴比萊特認(rèn)為海王星軌道外一定存在另一顆行星。他稱這顆行星為“亥伯龍”,并認(rèn)為它的質(zhì)量大約為地球的12倍。勒維耶駁斥了巴比萊特的假設(shè),他說:“除了想象性成分很重的各種假說之外,我們絕對不能憑借任何東西來確定另一顆行星的位置?!?/p>
1850年,美國海軍天文臺的弗格森稱他觀測到的一顆星——GR1719k“不見了”。該天文臺臺長默里說,GR1719k肯定是一顆新的行星。但天文學(xué)家們后來也沒能在其他位置找到這顆“行星”。1878年,美國漢密爾頓大學(xué)天文臺臺長彼得斯證明:這顆星事實上并未消失,而是之前的計算結(jié)果有誤。
1879年,法國天文學(xué)家弗拉米昂指出,彗星“1862 3”和“1889 3”的遠(yuǎn)日點(距離太陽最遠(yuǎn)點)距離分別為47和49天文單位(1天文單位約等于1.5億千米),這兩個非常相近的數(shù)字標(biāo)志了一顆未知行星的軌道半徑,正是這顆行星把這兩顆彗星拖曳進(jìn)了一個橢圓軌道。基于這一證據(jù),美國天文學(xué)家福布斯得出結(jié)論:海王星軌道外必定還存在著兩顆行星?;谶@樣一個事實——4顆彗星的遠(yuǎn)日點在大約100天文單位的地方,另有6顆彗星的遠(yuǎn)日點聚集在大約300天文單位的地方——福布斯算出了一對假想中的海外行星(海王星軌道外的行星)的軌道參數(shù)。這些參數(shù)與另一位美國天文學(xué)家的計算結(jié)果剛好吻合,許多人由此認(rèn)為這些參數(shù)可能是合理的。但也有人指出,其中涉及的彗星軌道依然不確定,因而不能產(chǎn)生有意義的結(jié)果。
1900和1901年,美國哈佛大學(xué)天文臺主任皮克寧領(lǐng)導(dǎo)了兩次對海外行星的搜尋工作。其中第一次由丹麥天文學(xué)家埃米爾牽頭。在研究了1690~1895年的天王星軌道數(shù)據(jù)后,埃米爾得出結(jié)論:僅是1顆海外行星,并不足以解釋天王星軌道的異常。不過,搜尋團(tuán)隊中的一位天文學(xué)家提出,只需一顆位置在47天文單位的海外行星,就可能解釋天王星的運(yùn)動。此后,第二次搜索開始了。皮克寧同意檢驗任何可能顯示了疑似行星的感光底片。然而,最終卻未能發(fā)現(xiàn)任何疑似行星。
1909年,美國天文學(xué)家杰克遜提出,至少有1顆海外行星這點是肯定的,但也很可能有第2顆,甚至可能有第3顆。他把第一顆海外行星稱為“俄亥阿諾斯”,并且認(rèn)為這3顆海外行星與太陽的距離分別是42天文單位、56天文單位和72天文單位。他沒有說明自己是怎樣確定這3顆行星存在的,因而也沒有人去尋找它們。
1911年,根據(jù)法國天文學(xué)家拉普拉斯在木星衛(wèi)星中觀測到的模式,并且將這些模式運(yùn)用于外行星(指太陽系中位于小行星帶以外的行星,按照與距離太陽從近到遠(yuǎn)的順序,依次為木星、土星、天王星和海王星),印度天文學(xué)家克塔卡認(rèn)為存在兩顆海外行星,他將它們分別命名為“梵天”和“毗瑟挐”。木星3顆最大的衛(wèi)星——依娥(木衛(wèi)一)、歐羅巴(木衛(wèi)二)和蓋尼美得(木衛(wèi)三)被鎖定于一種1:2:4的復(fù)雜軌道共振(拉普拉斯共振)之中。所謂軌道共振是指:由于它們的軌道周期呈現(xiàn)兩個小整數(shù)比例關(guān)系,所以兩顆做軌道運(yùn)動的天體相互施加一種經(jīng)常性、周期性的引力影響??怂ㄌ岢觯焱跣?、海王星以及他猜想的海外行星,被鎖定在類似于拉普拉斯共振的軌道共振中。他的計算結(jié)果是,“梵天星”與太陽的平均距離是38.95天文單位,軌道周期是242.28個地球年,與海王星構(gòu)成3:4的軌道共振。當(dāng)冥王星在19年后被發(fā)現(xiàn)時,它與太陽的平均距離39.48天文單位及軌道周期248個地球年,與克塔卡的預(yù)測很接近。事實上,冥王星與海王星構(gòu)成了2:3的軌道共振。但除了平均距離和軌道周期外,克塔卡沒有預(yù)測其他的軌道參數(shù)。迄今仍不清楚克塔卡是怎樣得到這些數(shù)據(jù)的,而他預(yù)言的“毗瑟挐星”則從未被發(fā)現(xiàn)。