冥王星降级风波

[ 录入者:linq | 时间:2006-10-18 22:20:44 | 作者:林清 | 来源:少年科学 | 浏览:33687次 ]

无论是教科书,还是课外科学读物,我们早已熟悉了太阳系 的 九大行星 。但是2006年8月24日,捷克首都布拉格却传出了一个惊人的 消息:冥王星 降级了!“九大行星 ”变成了“八大行星 ”!冥王星 摇身一变成了矮行星 。

 冥王星

为什么要改变冥王星 的 地位,矮行星 又是怎么回事?而且这一切居然是用投票的 方式来决定的 !天文学家是不是在开玩笑?且听我们慢慢道来。

九大行星 怎么来的 ?

很早以前,老祖宗们就对点点繁星 崇拜不已。他们发现,除了每天的 东升西落,天空中绝大多数星 星 之间的 相对位置似乎都是不变的 ,于是把它们称为“恒星 ”。但是他们同时也注意到有七个天体是不一样的 ,它们相对于不变的 星 空背景而言却是在缓慢地移动着的 ,这七个天体是:太阳、月亮、水星 、金星 、火星 、木星 和土星 ,因为它们看似在星 空中“漫游”,于是被古人们称为“行星 ”。我们平常使用的 每星 期七天的 名称,在英语中就是与这七个天体相对应的 。

 海王星 ,现在成了离太阳最远的 行星 。

所以,古人心目中的 行星 居然包括了太阳和月亮!只是后来,人们感觉太阳和月亮太特别,所以才把它们区分开来,而把剩下的 那五颗称为行星 。到了十七世纪,随着哥白尼日心说的 建立,人们了解到太阳才是太阳系 的 主宰,太阳系 所有其它天体都在环绕太阳运转,于是人们知道了地球其实是和那五大行星 具有同样性质的 天体,于是我们了解的 大行星 就成了6个。

随着日心说逐渐深入人心,基本正确的 太阳系 结构已经建立起来了,太阳、六大行星 以及环绕它们运行的 卫星 ,还有一种被称为彗星 的 天体共同构成了当时人们心目中的 太阳系 。

1781年,英国的 威廉-赫歇尔偶然发现了木星 之外的 又一颗大行星 ― 天王星 ,这一下子打开了人们的 眼界,人们开始认识到太阳系 可能比想象的 还要大得多,内容也要丰富得多。果然在1846年,德国的 伽勒发现了海王星 ,美国的 汤博又于1930年发现了冥王星 。随着这三个带“王”冠大行星 的 加盟,九大行星 的 概念才在二十世纪30年代真正建立起来了。

行星 降级早有先例

在太阳系 的 探索过程中,人们还意外地在火星 和木星 绕日轨道之间发现了一大群小天体,其中最大,也是最早被发现的 一个被称为谷神星 。1801年元旦之夜,意大利的 皮亚齐发现了这个新天体。

图3:在火星 和木星 轨道之间,分布着大量的 小行星 ,构成了小行星 带。

最初它也曾被认为是大行星 ,但很快就测出它的 质量太小,与其它的 大行星 很不相称,特别是随后又在类似的 轨道上发现了一系 列小天体,如婚神星 、灶神星 等,于是人们决定将他们单独归为一类,称为“小行星 ”。目前已经命名的 小行星 已达到13万个以上。

图4:奇形怪状的 小行星 。

进一步的 观测和研究还发现,太阳系 空间其实还存在着巨大数量的 微小物体,它们中的 一部分会与地球相撞而形成“流星 ”,这些微小物体通常被称为“流星 体”或“行星 际尘埃物质”。

至此,在二十世纪的 大部分时间里,人们形成了这样一种对太阳系 的 认识:太阳是一颗恒星 ,位于太阳系 的 中心;九大行星 带着各自的 卫星 环绕太阳有序地运行;在火星 和木星 的 轨道之间,存在着大量的 小行星 ;除此之外,还有众多的 彗星 ,无法计数的 行星 际尘埃物质,以及极其稀薄的 气体。

图5:经典的 由九大行星 组成的 太阳系 图象

由此可见,九大行星 的 概念并非从来就有,行星 的 降级也早有先例。人们对太阳系 的 认识是不断发展和完善的 ,所以,这一次冥王星 地位的 改变,也不是什么难以接受的 惊人之事。

 

寻找第十大行星 带来的 挑战

自从发现冥王星 之后,许多人就在孜孜以求想发现第十大行星 ,但是直到1992年,随着现代大型望远镜的 陆续建成和更高灵敏度的 探测器投入使用,人们才终于在冥王星 那么遥远的 区域又发现了一个新天体-1992 QB1,它是第十大行星 吗?经过初步测量,发现它的 个头太小,只能算作一个跑得太远的 小行星 。

图6:部分较大的 海外天体大小之比较

但是,随后几年,人们又在那么遥远的 地方发现了越来越多的 这一类天体,发现小行星 带的 历史似乎在重演。惊讶的 天文学家把它们称为“海外天体”,因为它们的 轨道一般都在海王星 轨道之外。这其中的 很多天体也可以称为“柯依伯带天体”,这是为了纪念美国科学家柯依伯,他在1951年就曾天才地推测这个遥远而广阔的 区域中可能存在大量的 冰状物体。

更为惊人的 是,不断有发现较大个头新天体的 消息被报道出来,从“夸欧尔”,到“塞德娜”,每一次都带给人们似乎发现了“第十大行星 ”的 欣喜,但很快又因为它们的 个头比不上冥王星 而被排斥。

图7:厄里斯(奇娜)想象图

冥王星 的 个头实在太小,甚至比我们的 月亮还小,它之所以被冠以行星 的 称号,很有一点浑水摸鱼的 味道。刚发现它时,它是那个区域独一无二的 大天体,而且当时对它真实大小的 测量有较大的 偏差,最大的 测量报告甚至达到了直径1万公里,等到后来仔细测量表明它的 真实直径仅为2300公里,在行星 世界里只是一个小不点之后,已经是木已成舟。后来人们还发现,冥王星 的 运行轨道很扁,而且这个轨道平面与太阳系 其它天体绕太阳运转的 轨道平面有很大的 倾角,这些特征都让人们心生疑虑,冥王星 够得上一个行星 的 资格吗?

既然冥王星 能不能称为行星 都要受到怀疑,那么任何一个比它还小得天体,又怎么可能获得第十大行星 的 殊荣呢?但是真正的 挑战终于出现了,新天体2003UB313横空出世。美国科学家麦克-布朗于2005年7月正式公布了这个发现。最新测量表明,它的 直径(2400公里)甚至超过了冥王星 !布朗欣喜地认为这个天体应该够得上行星 的 称号了,它为这个“新生儿”起名叫“齐娜”。

然而,矛盾产生了,天文学家分成了两派。其中一派认为齐娜应该是行星 ,但那些个头比冥王星 略小的 其它新天体,比如夸欧尔、塞德娜等,也应该是行星 ,因为它们之间并没有本质的 区别 ,数百个海外天体,大小之间似乎也并无明显的 界限,怎么判定哪个是行星 ,哪个又不是呢?

另一派天文学家则认为,不仅奇娜不能称为行星 ,其实连冥王星 也不够格,冥王星 其实只是海外天体中较大的 一个,因此这一派天文学家认为应该把冥王星 从九大行星 中除名!新发现的 天体和冥王星 一起,应该归为新的 一类天体。

为什么要寻求行星 定义?

图8:IAU的 科学家们就行星 定义和冥王星 的 地位进行投票

既然各有各的 道理,天文学家们就为难了,到底是将行星 队伍扩编呢,还是干脆将冥王星 “降级”?当然还有其它各种各样的 方案,但是谁也说服不了谁。前者的 难题在于怎样划界?后者则牵扯到复杂的 感情因素,要把冥王星 排斥出行星 队伍,“冥粉”们很难接受。

产生矛盾的 根源其实在于行星 的 定义。事实上,这个名词来自远古,其原意“漫游”已经不能概括现代科学揭示出的 行星 本质。到底什么样的 天体才能算得上是行星 ?现代科学其实并没有给出过明确的 定义。而一旦定义明确了,那么谁是行星 ,谁不是行星 ,就容易做出判断了。

世界各国天文学家公认的 权威组织是国际天文学联合会(IAU),因此这样一个极其敏感的 问题就需要由这样一个权威组织做出仲裁。IAU委托一些专家就太阳系 已发现各种天体的 性质进行了细致认真的 分析,希望从中归纳出一个理想的 分类方案。但在具体操作中,由于众多的 天文学家对这个问题的 意见分歧非常大,很难拿出大家都满意的 方案。IAU无奈之下只能做出决定,在2006年召开的 第26届大会上,由与会代表投票决定是否接受新的 定义方案。

万众瞩目的 IAU大会于2006年8月14日在布拉格开幕,行星 定义的 问题果然成了会议上的 一大热门,专家们提出的 定义方案仅在会议期间就数易其稿,但8月26日的 表决终于使其中的 主要的 内容获得通过。

行星 定义使冥王星 降级

表决结果为行星 这个概念给出了一个明确的 定义,并创造性的 引入了矮行星 这个新名词。根据决议,一个天体要称为行星 ,必须具备以下这几个要素:

(1)       环绕太阳运转;

(2)       质量足够大,以使其外形保持近似球形。

(3)       该天体应该清空了轨道附近的 区域,也就是说,它应该是运行轨道中唯一的 天体,而不允许其它天体与它共享轨道。

这几个要素中的 第三条是决定冥王星 地位的 关键!和小行星 带一样,冥王星 的 轨道上充满了各种各样的 海外天体,冥王星 并非这个区域中的 霸王!于是被迫离开了行星 家族的 队伍。

图9:可怜的 冥王星 伤心地离开了行星 家族

但是冥王星 与那些奇形怪状的 小行星 毕竟不同,天文学们为这种天体创造了一个新名词,叫“矮行星 ”,它和行星 的 区别就在于行星 的 轨道是独享的 ,而矮行星 的 轨道上还有许多别的 矮行星 或小行星 与其共享。矮行星 的 地位介于行星 和小行星 之间,它不是霸王,但它仍然保持了球形天体的 尊严。

根据这种定义,原来小行星 带的 老大 - 谷神星 ,挑战冥王星 地位的 齐娜,以及冥王星 自己,就一起成了第一批被确认的 矮行星 。其实,已发现的 小行星 和海外天体中,还有一些也是符合矮行星 定义的 ,只是这次会议太过匆忙,它们暂时只能做为候选者,是否能够真正成为矮行星 ,还有待IAU细心地逐一进行评估。

有趣的 是,IAU随后又对齐娜进行了正式的 官方命名,我们将其音译为“厄里斯”,这是古希腊神话中一个争吵与不合之神,倒是与它在这场风波中所起的 作用相当吻合。

图10:太阳系 新家谱。

太阳系 新家谱

行星 终于有了科学的 定义,虽然在天文专家的 眼中,它

图11:新视野号飞船仍然义无反顾地按既定计划奔向冥王星 。

还存在着这样那样的 缺点,但毕竟是一个经过了多年认真调研,听取广泛意见而形成的 科学定义,体现了科学家的 智慧,至少相比于原来没有严格定义的 状态而言,是一大进步。

根据这个最新定义,现在太阳系 的 家谱是:太阳仍然是太阳系 的 家长,八大行星 带着各自的 卫星 围绕太阳运行,在火星 和木星 之间是众多小行星 组成的 小行星 带,其首领为谷神星 ;海王星 之外则是众多的 海外天体,冥王星 和厄里斯为其首领;此外就是太阳系 的 流浪汉- 彗星 ,还有各种各样的 行星 际尘埃物质和稀薄的 气体,它们共同构成了丰富多彩的 太阳系 。

经历了这样一个风波,尽管很多人在感情上对冥王星 的 行星 地位难以割舍,但科学终究要求我们回归理性。从这场风波中,我们可以看到:任何科学的 认识都不可能一蹴而就,对太阳系 的 认识也是这样,从最早的 日月五行,到九大行星 ,再到现在的 八大行星 和矮行星 ,是一个不断深化的 过程,体现的 是科学的 不断发展和完善。

让我们从现在开始,问候八大行星 的 太阳系 吧。

 

注:图10需请美编加工,将英文转化成中文。

上排从左向右译为:水星 、金星 、地球、火星 、木星 、土星 、天王星 、海王星 、“行星 ”

下排从左向右译为:谷神星 、冥王星 、厄里斯、“矮行星 ”

Tags:冥王星 降级 风波

责任编辑:linq

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