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[科技]冥王星降级:科学击败情感
作者:方玄昌

《新华月报(天下)》 2006年 第10期

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       实际上,冥王星并非被“降级”,而是被“正名”,恢复到了它本来实际所处的地位。
       北京时间8月24日晚上9点20分,捷克首都布拉格。第26届国际天文学联合会大会投票通过一项决议,新的行星定义将冥王星排除在行星行列之外,而将其列入“矮行星”。
       忝居末座76年,冥王星终于从太阳系大行星家族退出。参与投票的大约2500名天文学家中,超过80%的人赞同这一决议;与此相对照,在新浪网的民意调查中,有接近半数的网民反对将冥王星“降级”。
       正如发现“齐娜”(2002年发现,曾被人认为是第十大行星候选者)的美国天文学家迈克尔·布朗所言,不少民众都对冥王星被“驱逐”感到失望,他们已经习惯了有冥王星的太阳系,这已经成为历史和文化的一部分。
        “但是,这在科学上是正确的决定。” 迈克尔·布朗说。
       三大危机考验冥王星地位
       冥王星的地位长时间以来一直非常尴尬,因为它与其他八颗行星很不一样。自从发现它以来,它在行星家族的地位就一直受到质疑。
       1846年科学家发现海王星之后,根据计算认为,海王星之外还应该有一颗类似于海王星这样的大天体,它导致了天王星、海王星轨道的不稳定和变异。1930年人们发现冥王星,之后科学家对它进行跟踪观察,算出了它的轨道,确实是在海王星之外。
       但进一步的研究发现,最初断言海王星之外有一颗大行星的计算有误。因此,冥王星这一发现不能看作是计算的功劳,而是偶然的巧合。事实上,随着科学家对冥王星的认识加深,马上就得到了冥王星不可能显著影响天王星和海王星运行轨道的结论,因为它太小了。
       人们从发现冥王星不久就知道它很小,但究竟有多小,却直到1978年才明确知道。由于光学望远镜的进展,那一年发现冥王星原来还有一个卫星卡戎,天文学家根据两个绕转天体的旋转算出每一个的大小。计算的结果,冥王星的直径大约只有地球直径的1/6(不到2300千米),质量则只有地球质量的2/1000。
       这样,太阳系中不仅其他8个行星比冥王星要大得多,甚至还有7颗卫星(月球、木卫一、木卫二、木卫三、木卫四、土卫六和海卫一)都比它大。被发现块头太小是冥王星作为大行星家族一员所遇到的第一次危机。
       第二次危机出现在1992年。早在1951年,荷兰天文学家柯伊伯提出了一个假说,认为海王星之外存在着一个彗星库(即现在所说的柯伊伯带),那里存在着数以百万计、千万计的冰型天体。这个假说在1992年得到证实,海王星之外确实发现了一个小天体,这个小天体并不比冥王星小太多。接着又发现了第二个、第三个,14年过去了,目前发现的海(海王星)外天体已超过了1000个。
       柯伊伯带天体的发现把有关冥王星归属的问号划得越来越大:从多方面看,冥王星更像是柯伊伯带天体之一。
       这1000多个柯伊伯带天体都比冥王星小,会不会发现比冥王星还大的呢?科学家当时的猜想是极有可能。话音未落,2002年,天文学家发现了“塞得娜”,它仅仅比冥王星略小一点;而2003年,终于发现了一个比冥王星还大的天体“齐娜”,并于2005年将它公之于众——这是冥王星地位遇到的第三次危机。
       既然比冥王星还大,岂不是第10大行星?如果把它算做第10大行星,很可能后年、明年甚至在今年就会再发现一个比它还大或者类似的星体,是否再将它们定义为太阳系第11个、12个、13个行星?天文学家期待给行星下一个比较确切的定义。
       行星新定义
       此前,教科书对行星的定义并不很严格,而天文学界则有比较统一的认识。天文学家在对大行星进行分类研究的时候,一般把它们分为类地行星(包括水星、金星、火星和地球)和类木行星(包括木星、土星、天王星和海王星)。而冥王星则哪种也不是。
       其实,太阳系的大行星除了“块头大”之外,还有一些特征,首先是他们的轨道近圆,如果单独拿这条做标准,冥王星就够不上大行星。因为冥王星的轨道“扁”得厉害,它公转一圈要280多年,其中大约有20年,也就是轨道中的一段,居然离太阳比海王星轨道还近——它跑到海王星的里面来,成为了“第八大行星”,这太怪异了。
       冥王星轨道还有一点与众不同。从远处看太阳系,它就像是一个大铁饼(盘),太阳在盘的中间,八大行星都在盘上围绕太阳运转。这条盘构成的面叫做黄道面。八大行星都在这个面上,只有冥王星对这个面有所偏离,与这个面有一个17度的夹角。
       如果加上围绕太阳以近圆轨道、在黄道面附近这两个条件,无论是新发现的“塞得娜”还是“齐娜”都不合大行星标准。“塞得娜”轨道非常扁椭,近日点(离太阳最近的距离)与远日点距离比是1∶8。“齐娜”根据现有资料,近日点与远日点距离比是1∶3,另外,它与黄道面的角度大于44度。
       不管怎样,冥王星之所以一直习惯性地被称为是第九大行星,更主要的原因是一种历史的、文化的沿袭。而这次,国际天文学联合会大会终于制定出新的太阳系内天体定义标准:
       “行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状,并且能够以引力清除其轨道附近其他物体的天体(目前就只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星共8颗)。
       同样具有足够质量、呈圆球形,但不能清除其轨道附近其他物体的天体被称为“矮行星”,如冥王星(目前确定的只有冥王星,齐娜和谷神星,即原先定义中最大的小行星)。
       其他围绕太阳运转但不符合上述条件的物体被统称为“太阳系小天体”(包括众多的小行星和柯伊伯带天体)。
       应该说,行星定义的“标准化”对于天文学的研究不会有任何影响,它更具有的是科普意义。美国宇航局今年1月发射了“新视野”号探测器,预计将在2015年到达冥王星附近。显然,冥王星的“降级”不会对美国宇航局的探测计划带来影响,因为冥王星的身份定义并不影响对它研究的价值。
       太阳系边界在哪里?
       76年前,人类刚发现冥王星的时候,曾经认为它是距离太阳最遥远的一个天体,并把它的轨道看成太阳系的边界,距离太阳大概是40个天文单位(即日地距离,约为1.5亿千米)。直到现在,普通大众中依然还有很多人把冥王星作为太阳系的边界。
       但后来,飞船上天之后,人们发现太阳不断地喷出带电离子——太阳风,它在遥远的地方同其他恒星吹出来的风相遇,这个相遇的位置叫做太阳风层顶,距离太阳大约100个天文单位,一些人又主张把这作为太阳系的边界。
       但根据新的观测,天文学家又知道,柯伊伯带一直延续到太阳风层顶之外。而且,根据理论计算,在柯伊伯带外面还有更巨大的冰窖,被称为“奥尔特云”。计算的结果是,奥尔特云里蕴藏着一两千亿颗彗星,它扩展到大约10万个天文单位——即1.5光年之外,这也是太阳引力能够达到的范围。现在,奥尔特云已经不完全是一种假说了,“塞得娜”就被认为可能是内奥尔特云天体。如果奥尔特云的范围真有这么大,人类对太阳系的探索道路还很遥远。
       那么,柯伊伯带和奥尔特云中是否可能还有更大——如同地球一样大、甚至如同木星一样大的天体存在呢?这在科学界还没有定论,主要问题在于目前以及往后相当长的时间,人类对奥尔特云那么远距离的、本身又不发光的物体还难以观测。但至少在冥王星之外一定范围内,不可能存在那么大的行星。
       (《中国新闻周刊》 2006年第33期,作者为该刊记者)