In seguito alla scoperta del pianeta Nettuno nel 1846, venne presa in seria considerazione l'ipotesi che potesse esistere un altro pianeta al di là della sua orbita. La ricerca ebbe inizio a metà del XIX secolo e culminò all'inizio del XX secolo con l'indagine di Percival Lowell sul Pianeta X, la cui esistenza poteva spiegare le apparenti discrepanze nelle orbite dei giganti gassosi, in particolare di Urano e Nettuno, speculando sull'ipotesi che la gravità di un grande e invisibile nono pianeta avrebbe potuto perturbare l'orbita di Urano quanto bastava per spiegarne le irregolarità.Tombaugh (1946), p. 73.

La scoperta di Plutone da parte di Clyde Tombaugh nel 1930 sembrò convalidare l'ipotesi di Lowell, e Plutone è stato ufficialmente considerato il nono pianeta fino al 2006. Plutone risultava però troppo piccolo per influenzare con la propria gravità i giganti gassosi, così nel 1978 venne avviata una breve ricerca di un decimo pianeta. La ricerca venne peraltro abbandonata nei primi anni 1990, quando uno studio delle misurazioni effettuate dalla sonda Voyager 2 scoprì che le irregolarità osservate nell'orbita di Urano erano dovute a una leggera sovrastima della massa di Nettuno. Dopo il 1992, la scoperta di numerosi piccoli oggetti ghiacciati con orbite simili o ancora più estese di quella di Plutone ha portato a un dibattito sull'opportunità di considerarlo un pianeta oppure di classificarlo, insieme ai suoi vicini, separatamente. Anche se un certo numero dei membri più grandi di questo gruppo vennero inizialmente descritti come pianeti, nel 2006 l'Unione Astronomica Internazionale ha riclassificato Plutone e i suoi vicini più estesi come pianeti nani, lasciando così solo otto pianeti nel Sistema Solare.

Oggi quasi tutta la comunità astronomica concorda sul fatto che il Pianeta X non esiste, ma questa idea è stata ripresa da alcuni astronomi per spiegare altre anomalie rilevate nel Sistema Solare più esterno. Nella cultura popolare, e anche tra alcuni astronomi, Pianeta X è diventato un termine usato per qualsiasi pianeta sconosciuto nel Sistema Solare esterno, indipendentemente dalla sua relazione con l'ipotesi di Lowell. In base ad altre prove, sono stati proposti anche altri pianeti transnettuniani.

Prime ricerche

Nel 1840, il matematico francese Urbain Le Verrier fece uso della meccanica newtoniana per analizzare le perturbazioni dell'orbita di Urano, e ipotizzò che esse erano causate dall'attrazione gravitazionale di un pianeta non ancora scoperto. Le Verrier predisse la posizione di questo nuovo pianeta, e mandò i suoi calcoli all'astronomo tedesco Johann Gottfried Galle. Il 23 settembre 1846, la notte dopo aver ricevuto la lettera, Galle e il suo allievo Heinrich d'Arrest scoprirono Nettuno, esattamente dove aveva previsto Le Verrier.Croswell (1997), p. 43 Erano rimaste ancora da spiegare alcune lievi discordanze nelle orbite dei giganti gassosi. Queste discordanze erano tenute in conto per indicare l'esistenza di un altro pianeta in orbita al di là di Nettuno.

Anche prima della scoperta di Nettuno, qualcuno pensava che un pianeta da solo non era sufficiente a spiegare le discrepanze. Il 17 novembre 1834, l'astronomo amatoriale britannico reverendo Thomas John Hussey riferì all'astronomo reale britannico, George Airy Biddell, una conversazione che aveva avuto con l'astronomo francese Alexis Bouvard. Hussey riferì che quando aveva suggerito a Bouvard che il moto insolito di Urano poteva essere dovuto all'influenza gravitazionale di un pianeta sconosciuto, questi aveva risposto che anche a lui l'idea era venuta in mente, e che sull'argomento aveva avuto una corrispondenza con Peter Andreas Hansen, direttore dell'Osservatorio Seeberg a Gotha. Il parere di Hansen era che un unico corpo non poteva adeguatamente spiegare il moto di Urano, e teorizzò che due pianeti giacevano al di là di Urano.

Nel 1848, Jacques Babinet sollevò un'obiezione ai calcoli di Le Verrier, sostenendo che la massa di Nettuno era più piccola e la sua orbita più grande di quanto Le Verrier aveva inizialmente previsto. Egli postulò, basandosi su una semplice sottrazione dai calcoli di Le Verrier, che un altro pianeta di circa 12 masse terrestri, che chiamò "Hyperion", doveva esistere al di là di Nettuno. Le Verrier denunciò l'ipotesi di Babinet, dicendo: "[Non c'è] assolutamente nulla con cui poter determinare la posizione di un altro pianeta, se non un'ipotesi in cui l'immaginazione gioca una parte troppo grande".

Nel 1850 James Ferguson, assistente astronomo presso l'Osservatorio Navale degli Stati Uniti, si accorse di aver "perso" una stella che aveva osservato, GR1719k. Il tenente Matthew Maury, sovrintendente dell'Osservatorio, sostenne che questo fatto era una prova che doveva trattarsi di un pianeta nuovo. Ricerche successive non riuscirono a ritrovare il "pianeta" in una posizione diversa e nel 1878, CHF Peters, direttore dell'Osservatorio Hamilton College a New York, dimostrò che la stella non era affatto scomparsa, e che i risultati precedenti erano dovuti a un errore.

Nel 1879, Camille Flammarion notò che le comete 109P/Swift-Tuttle e 177P/Barnard avevano un afelio di rispettivamente, suggerendo che esse potevano segnare il raggio orbitale di un pianeta sconosciuto che le aveva trascinate in un'orbita ellittica. L'astronomo Georges Forbes concluse, sulla base di questa evidenza, che due pianeti dovevano esistere al di là di Nettuno. Egli calcolò, basandosi sul fatto che quattro comete possedevano gli afeli a circa e altre sei con afeli raggruppati a circa , gli elementi orbitali di una coppia di ipotetici pianeti transnettuniani. Questi elementi concordavano in modo suggestivo con quelli calcolati in maniera indipendente da un altro astronomo, David Peck Todd, dando a molti l'impressione che potessero essere validi. Tuttavia, gli scettici sostenevano che le orbite delle comete in questione erano ancora troppo incerte per fornire risultati significativi.

Negli anni 1900 e 1901, il direttore del Harvard College Observatory William Henry Pickering condusse due ricerche di pianeti transnettuniani. La prima venne iniziata dall'astronomo danese Hans Emil Lau che, dopo aver studiato i dati sull'orbita di Urano dal 1690 al 1895, concluse che un solo pianeta transnettuniano non poteva spiegare le discrepanze nella sua orbita, e ipotizzò la posizione di due pianeti da lui ritenuti responsabili. La seconda venne iniziata quando Gabriel Dallet suggerì che un unico pianeta transnettuniano giacente a poteva spiegare il moto di Urano. Pickering accettò di esaminare le lastre alla ricerca di eventuali pianeti, ma nulla fu trovato.

Nel 1909, Thomas Jefferson Jackson See, un astronomo con una fama di egocentrico e bastian contrario, opinò "che ce n'è sicuramente uno, probabilmente due, forse tre di pianeti oltre Nettuno". Chiamando provvisoriamente il primo pianeta "Oceanus", assegnò loro le distanze dal Sole rispettivamente a . Egli non diede alcuna indicazione su come aveva determinato la loro esistenza, e non vennero avviate ricerche per individuarli.

Nel 1911, l'astronomo indiano Venkatesh P. Ketakar suggerì l'esistenza di due pianeti transnettuniani, che chiamò Brahma e Vishnu, rielaborando i modelli osservati da Pierre Simon Laplace nel sistema planetario di Giove e applicandoli ai pianeti esterni. I tre satelliti galileiani interni di Giove, Io, Europa e Ganimede, sono bloccati in una complicata risonanza 1:2:4 chiamata risonanza Laplace. Ketakar sosteneva che Urano, Nettuno e i suoi ipotetici pianeti transnettuniani erano bloccati in una risonanza del tipo Laplace. I suoi calcoli prevedevano una distanza media di Brahma di e un periodo orbitale di 242,28 anni terrestri (risonanza 3:4 con Nettuno). Quando Plutone è stato scoperto 19 anni dopo, la sua distanza media di e il periodo orbitale di 248 anni terrestri erano vicini alla previsione di Ketakar (Plutone in realtà ha una risonanza 2:3 con Nettuno). Ketakar non fece previsioni per elementi orbitali diversi da distanza media e periodo. Non è chiaro come Ketakar fosse arrivato a questi valori, e il suo secondo pianeta, Vishnu, non venne mai individuato. Pianeta X

Nel 1894, con l'aiuto di William Pickering, Percival Lowell, un ricco bostoniano, fondò l'Osservatorio Lowell a Flagstaff (Arizona). Nel 1906, convinto di poter risolvere l'enigma dell'orbita di Urano, iniziò un ampio progetto alla ricerca di un pianeta transnettuniano, che chiamò Pianeta X. La X nel nome rappresenta l'incognito (si pronuncia come la lettera) e non il numero romano 10 (al momento, il Pianeta X sarebbe il nono pianeta). Con il tentativo di rintracciare il Pianeta X, Lowell sperava di ristabilire la sua credibilità scientifica, in ribasso a causa del suo convincimento ampiamente deriso di considerare le caratteristiche simili a canali visibili sulla superficie di Marte come canali costruiti da una civiltà intelligente.Croswell (1997), p. 43.

La prima ricerca di Lowell si concentrò sull'eclittica, il piano circondato dallo zodiaco dove giacciono gli altri pianeti del Sistema Solare. Utilizzando una macchina fotografica da 5 pollici, egli esaminò a mano oltre 200 esposizioni da tre ore con una lente d'ingrandimento, non trovando alcun pianeta. In quel periodo Plutone era troppo sopra l'eclittica per essere ripreso dall'indagine.Tombaugh (1946). Dopo aver rivisto le sue previsioni circa la possibile posizione, Lowell condusse una seconda ricerca negli anni 1914-1916. Nel 1915 pubblicò il suo Memorie di un pianeta Transnettuniano, in cui affermava che il Pianeta X aveva una massa sette volte circa quella della Terra, la metà circa di quella di Nettuno e una distanza media dal Sole di . Egli ipotizzò che il Pianeta X potesse essere un grande oggetto di bassa densità e con un'elevata albedo, come i giganti gassosi. Avrebbe mostrato un disco con diametro di circa un secondo d'arco e una magnitudine apparente compresa tra 12 e 13, abbastanza brillante da poter essere individuato.Littman (1990), p. 70.

Separatamente, nel 1908, Pickering annunciò che, analizzando le irregolarità dell'orbita di Urano, aveva trovato le prove per un nono pianeta. Il suo ipotetico pianeta, definito "Pianeta O" (perché venuto dopo "N", ovvero Nettuno), possedeva un raggio medio orbitale di e un periodo orbitale di 373,5 anni. Le lastre riprese nel suo osservatorio ad Arequipa, Perù, non mostrarono alcuna evidenza del pianeta, e l'astronomo inglese PH Cowell dimostrò che le irregolarità rilevate nell'orbita di Urano praticamente scomparivano dopo aver preso in considerazione lo spostamento di longitudine del pianeta. Lo stesso Lowell, nonostante il suo stretto sodalizio con Pickering, respinse senza appello il Pianeta O, dicendo: "Questo pianeta è stato correttamente chiamato "O": è proprio il nulla".Croswell p. 50 Quattro delle lastre fotografiche scattate nella ricerca del "Pianeta O" dagli astronomi presso l'Osservatorio di Mount Wilson nel 1919, all'insaputa di Pickering, catturarono delle immagini di Plutone, che tuttavia sarebbe stato scoperto soltanto anni dopo. Pickering continuò a proporre molti altri possibili pianeti transnettuniani fino al 1932, chiamandoli P, Q, R, S, T e U: nessuno di essi è mai stato individuato.

La scoperta di Plutone