Stephen Battersby 文 Shea 编译

太阳系中有多少颗行星?官方的回答是八颗——除非你碰巧住在美国伊利诺斯州。2009年初,“目中无人”的伊利诺斯州政府宣布,为”行星”制定标准的国际天文学联合会(IAU)其实是不公正地剥夺了冥王星的”行星”头衔。

三年前,IAU决定为“行星”一词起草首个科学上的定义。

在捷克首都布拉格召开的IAU大会上经过数天的激烈争论,与会代表投票通过了一个行星的定义。根据这个定义,冥王星被排除在了行星的行列之外,降级为“矮行星”。


[图片说明]:冥王星系统的想象画。

这一决议遭到了许多从小和“九大行星”一起长大的人的反对,同时也有天文学家对此表示异议,因为IAU的10,000个成员中仅有4%参加了投票。伊利诺斯州政府则认为这一决议怠慢了冥王星的发现者克莱德?汤博(Clyde Tombaugh),而汤博就出生在这个州。

2009年8月初IAU会在巴西里约热内卢召开自冥王星降级以来的首次大会。令人惊讶的是,IAU主席卡莱尔?范德胡希特(Karel van der Hucht)并不希望有人挑战在布拉格做出的决议,但是冥王星的“粉丝”也不用灰心,因为反对的声音还是很强的。

如果冥王星能“复辟”,那可能也是因为新的发现而不是争论。美国行星科学研究所的马克?赛克斯(Mark Sykes)相信,随着对太阳系以及其他行星系统认识的不断深入,IAU备受争议的行星定义终有一天会作古。

“我们正处在观念的变革之中,”他说,“最终我们会摆脱把行星看成是天空中特殊天体的观念——也正是因为如此,因此它们不一定是少数。”

赛克斯相信,前往冥王星以及位于火星和木星之间谷神星的探测任务会向我们揭示出这些矮行星也是生机勃勃、纷繁复杂的世界。同时天文学家也可能会在宇宙的其他地方发现地球大小的天体,而这些天体根据IAU的定义却也无法被称为“行星”。


[图片说明]:克莱德?汤博在洛韦尔天文台。

赛克斯和其他一些天文学家更希望一个简单、概括的行星定义:如果一个天体足够大并且在自身引力作用下呈球形,那么就将其称为“行星”。这会使得冥王星再次成为行星,同时谷神星以及许多其他的天体也会步入行星的行列。

IAU最初提出的定义与此类似,但是在布拉格遭到了一部分人的反对。他们指出冥王星不过是海王星轨道之外由许多冰质小天体组成的柯伊伯带天体中的一员,如果根据这个简单的定义,许多柯伊伯带天体都会成为行星。大会最后被成功说服增加条件,即行星必须要能抛射或者吸收邻近的小天体。换句话说,行星要能“清空其轨道附近的区域”(注:关于如何定量地定义“清空”可参考《环球科学》2007年第2期《行星为什么是行星》)。这样一来,只有从水星到海王星的八颗行星才能满足这一判据。

这同时也是争议的症结所在。“这是一个可怕的错误,”领导美国宇航局(NASA)“新视野”冥王星探测任务的、西南研究所的艾伦?斯特恩(Alan Stern)说,“任何一个依赖于天体所处位置的行星定义都是不可行的。如果把地球放到冥王星的轨道上,那么它瞬间就不再是行星了。”

尽管地球的引力可以轻而易举地清空我们周围相对较小的范围内的小天体,但是有两个因素决定了如果把地球放到冥王星的轨道上它将无法做到这一点:第一,外太阳系非常巨大;第二,那里的天体运动得都非常缓慢。按照赛克斯的说法,对于地球这样较小的天体,即使花45亿年的时间也未必足以清空这一区域。


[图片说明]:太阳系结构以及一些小天体间的比较。点击放大。版权:New Scientist。

奇怪的天体

一些天文学家相信,柯伊伯带令人费解的形成之谜可能正预示着存在一颗至今尚未被发现的个头比火星还要大的天体。赛克斯说,这个天体绝对可以称得上是“行星”。如果这个猜想是正确的,那么这个冰质的天体就会让IAU的定义下不了台,因为它显然没有清空它轨道周围的区域。

布拉格的获胜方之一、乌拉圭大学的冈扎罗?堂克莱迪(Gonzalo Tancredi)对此表示反对。他说,一个火星大小的天体可以在柯伊伯带中清出一个管状的区域。但是这足以定性成“清空其周围的区域”吗?双方各执一词。那么为什么不把这个问题留到8月初的IAU大会呢?斯特恩相信,这样做的结果只会更遭。“IAU并不是讨论这个问题的合适地点。他们非常擅长把简单的事情复杂化,”他说。他还认为,“行星”一词会自然地演化,“在科学中没有警察。人们会决定什么是正确的,并且实践会解决这个问题。”

为此,冥王星的“粉丝”也许不用等待很长时间。2015年我们就将近距离一窥这个备受争议的冰质星球。当NASA的“新视野”探测器抵达冥王星的时候,斯特恩预期它会发现冥王星复杂的地貌和活跃的大气。通过对冥王星大气折射背景星光效应的观测,我们已经知道冥王星的大气会随着季节膨胀收缩并且会受到大尺度电磁波的扰动。

随后在同一年,NASA的“曙光”探测器会抵达谷神星。谷神星的红外光谱显示,其部分表面被黏土所覆盖,这是有正在进行中的地质活动的征兆。地球上的黏土是热水流过岩石而形成的。赛克斯预计会在谷神星上发现由运动的冰幔所驱动的地质活动。“我们将要发现那些和小行星迥异的世界,”赛克斯说。


[图片说明]:“曙光”谷神星探测器。版权:NASA。

那么这会改变人们的态度吗?NASA艾姆斯研究中心中的杰克?里萨尔(Jack Lissauer)说,这将最终归于心理学,“交战的双方都拿不出根本的论据,而且因为争议众多因此最终不会有真正的赢家。”

尽管里萨尔并不是IAU决议的忠实拥护者,但是他对其他的定义也不感冒。他说:“呈球形并不是一个好的判据。这会产生许多中间情况,例如很多天体会呈现大致的球形。”

随着新发现的不断加速出炉,也许现在并不是一个寻求新定义的最佳时机。在太阳系之外,其他的争论也在风生水起。例如,什么样的太阳系行星可以被称为“超级地球”?此外,在气态巨行星和褐矮星之间有没有一个明确的划分?

同时,对于我们的“后院”,赛克斯还有一个更激进的建议。如果把简单的“球形”定义扩展一下,那么我们是否应该对月亮以及其他行星的大型卫星进行重新分类?“我们有围绕其他恒星转动的恒星,那么为什么行星不能围绕其他行星转动?”他问道。

这看起来似乎是不可能的,但谁知道呢?也许围绕冥王星的论战最终会带给我们出乎意料的结果。正如和古希腊时期一样,月亮又会再一次成为一颗行星?

国际天文联合会(IAU)决议:太阳系行星的定义现代的观测正在改变着我们对行星系统的认识。天体的命名应当反映这些最新的知识,这一点特别适用于行星这个名词。名词“行星”源自描画“漫游者”,那时只知道它们是天空中移动的光点。最近的发现使我们能用新得到的科学信息创建新的定义。

决议5A

IAU因此决议把行星和太阳系中的其它天体定义为如下不同的三类:

(1)行星(planet)(注1)是一个具有如下性质的天体:

(a)位于围绕太阳的轨道上,
(b)有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状(近于球形),
(c)已经清空了其轨道附近的区域。

(2)矮行星(dwarf planet)是一个具有如下性质的天体:

(a)位于围绕太阳的轨道上,
(b)有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状(近于球形)(注2),
(c)还没有清空了其轨道附近的区域,
(d)不是一颗卫星。

(3)其他所有围绕太阳运动的天体(注3)被定义成“太阳系小天体”(small solar system bodies)。

注1:八颗行星是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。 注2:IAU将建立一个程序对接近矮行星和其他分类边界的天体进行评估。 注3:目前这些天体包括绝大多数的太阳系小行星(asteroid)、绝大多数的海外天体(TNO)、彗星和其他小天体。

IAU进一步决议:

根据上述的定义冥王星(Pluto)是一颗矮行星,并且被认定成新一类海外天体的原型。


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