冥王星是行星,还是矮行星?总之,行星的定义是什么?

文史        2019-08-17   来源:笔上有魂

冥王星是行星,还是矮行星?总之,行星的定义是什么?冥王星是不是行星是公众间一直在热议的话题。然而,大多数专业天文学家认为这个问题并不重要,对行星和小行星的界限划分有一定的主观性。不过,这两种观点都有充分的理由支持:


冥王星是行星,还是矮行星?总之,行星的定义是什么?


由新视野号拍摄到的冥王星真实色彩照片,摄于2015年7月。

(1)从历史而言。冥王星早就被发现在其他柯伊伯带天体之前(在相同区域内环绕太阳轨道运行的大型矮行星),而那个时候“行星”是唯一可以给冥王星这样星体的称呼,所以人们所以人们认为降级冥王星并没有什么好处,我们应该维持原状。

这个论点存在的弱点是如果一个重要的观测结果被证实是错误时,降级是十分必要的(即天体实际上比我们想象的要小)。从1930年冥王星被发现到1978年冥卫—卡戎(冥王星的唯一已知卫星)被发现,冥王星一直被认为比水星甚至火星都要大(事实上,它在质量上比水星和火星都要小得多)。如果天文学家们在1930年知道冥王星到底有多小,他们还会把冥王星认定为行星吗?我想答案是依然是肯定的, 但没有任何办法来证实这一点。


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不同角度拍摄到的冥王星最清晰照片的拼接图

(2)从大小而言。冥王星的质量比水星小25倍,并且只比矮行星带中最大的谷神星大9倍,而近年发现的一些大型柯伊伯带天体虽然比冥王星要小(除了最近才被发现的阋神星可能比冥王星还要大),但是都可能比谷神星要大(其中比较著名的有赛德娜)。但是对于行星大小的评判标准是相对随意的,无论是质量还是体积,比冥王星大或者小都是有着个人倾向的。例如,如果最小的行星直径假定是2000km,那么2001km直径的星体就可以认为是行星,而1999km直径的就是矮行星。更糟糕的是,一直到太空飞船对于星体进行直接的探测之前,行星的直径都是未解之谜,而太空飞船并不是现阶段可以实现的。


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克莱德·汤博于堪萨斯

(3)从环境而言。我们的太阳系大约可以分为两大区域:一部分是主要的行星轨道,大部分都没有小型星体;另一部分是没有行星只有小型星体的轨道,例如矮行星带和柯伊伯带。尽管这种划分标准并不完美(彗星和一些矮行星会穿过行星运行轨道,但是他们的轨道是不稳定的),这确实反映了一重要个事实,即行星的重力强烈地影响它的周围,而矮行星要通过直接碰撞互相影响。

加州理工大学的麦克布朗和他的同事最近提出了一种猜想:当我们定义行星的时候,应当考虑和这个星体共用运行轨道的小型星体的数量。他们认为,如果星体的质量比其同一运行轨道区域的小型星体的总质量还要大的话,那这就是行星。虽然水星不是很大,但是其附近只有很少的矮行星在环绕太阳运行,所以水星肯定是行星。木星的运行轨道内有无数被称作特洛伊的矮行星,但是它们的总质量相对于木星而言是可以忽略不计的,所以木星也是行星。根据这一行星判断标准,因为冥王星的质量比柯伊伯带星体预估的总质量要小,所以冥王星不是行星。


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地球、阋神星、冥王星、鸟神星、妊神星、赛德娜、小行星225088、创神星和亡神星及其卫星的大小比较图。

这个理论的依据是,当一个物体足够大时,它会将其周边较小的物体“一扫而空”,使小范围内只有星体自身、少数暂时闯入者(如彗星等),以及一定数量的小质量星体(例如特洛伊行星带)。八大行星能做到这一点,而冥王星不能对它的柯伊伯带星体产生这样的主要影响。尽管这个理论是目前所有相关理论中最为客观的,但是它依然存在着实际问题:要等到对一个星体周围环境进行彻底的探索后,才能对这一星体进行定义,这显然是不现实的。所以这个理论在几十年内可能不适用于大多数太阳系外行星,甚至是太阳系中一些非常遥远天体(比如赛德娜星)。


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结论是,如果冥王星现在才被发现,那么我们很可能不会称其为行星。然而,许多天文学家认为,冥王星地位的改变在混淆的同时但作用有限,所以它仍然可以被认作是一颗行星。关于构成行星的确切和普遍标准尚未商定,我们可能要等很多年才有一个被大部分科学家认同的标准。


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2006年8月,根据凯伦·马斯特斯提供的消息:国际天文学联合会就马蒂亚上述讨论的行星定义标准进行了投票,这一标准既要求了星体的大小尺寸,还要求该星体排除其行星轨道内的其他小型星体,除此之外,这个星体必须独立地环绕太阳运行(除了木星的几个大型卫星外)。这个最新的划分依据,将冥王星重新定义为“矮行星”,从此太阳系只剩八个行星。而新增的矮行星还包括:赛德娜星(最大的矮行星)、谷神星和阋神星(旧称齐娜星,或2003 UB313)。


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很多星体也可能被列入矮行星的范畴,但是仍需更多对于其尺寸大小的精确测量,包括创神星和几个其他柯伊伯带天体。在此定义提出之前有一些理论认为,所有独立环绕太阳运行的、具有足够自重使其运行轨迹近似圆形的星体即可认为是行星,这样的定义将使行星的数量显著性提高.动态天文学家(比如马蒂亚)认为,轨道性的判别标准同样重要(即能决定其运行轨迹的天体),故而从行星中排除了冥王星及其他许多小型天体。


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这一排除了冥王星的行星定义引发了天文界及公众的广泛讨论,笔者认为,无论国际天文学联合会最终采用何种定义都将难以服众,但是天文学家仍热衷于基于一个科学客观的依据来定义一个行星。冥王星一直在人们心中占据一个特别的地位,它被认作为行星几乎有一个世纪了,美国国家航空航天局(NASA)曾在2015年7月启动“新地平线”计划以抵达冥王星卡戎星系,冥王星永远不会被遗忘。

这整个(行星定义)过程也从天体的科学分类以及必须根据新的科学信息制定计划方面提供了有趣的见解。

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