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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 31 冥王退位
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阋神星的发现向天文学家们提出了一个问题,那就是:它究竟是不是行星?这原本不应该成为问题的,因为阋神星既然比冥王星还大,当然应该算是行星。但问题是,在阋神星之前,人们已经发现了大量的海外天体,并且已经接受了海外天体是行星演化过程中的半成品的想法。在这种背景下要接受阋神星为行星是有难度的。更何况,海外天体中还包含了其他一些大小可观的成员。除上章列出的夸欧尔(Quaoar,美国原住民神话中的创世之神,中文名称为创神星),好婺妹阿(Haumea,美国夏威夷神话中掌管生育的女神,中文名称为妊神星)及厄耳枯斯(Orcus,罗马神话中的死亡之神,中文名称为死神星)等外,还有与阋神星同一天被宣告发现的马克马克(Makemake,复活节岛上的造物之神,正式编号为136472,发现时的临时编号为2005FY9,中文名称为鸟神星),它的直径也有1300~1900千米。这些天体虽比冥王星小,但相差并不多,如果阋神星和冥王星可以算作是行星,那它们是否也应该算是行星呢?
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当人们开始提出这样的问题时,一个更基本的问题也随之浮出了水面:究竟什么是行星?
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 就像其他很多习以为常的概念一样,人类知道行星的存在虽有漫长的历史,却从未给它下过明确的定义。在历史上,人类对行星的认定极少发生争议,而且即便发生争议,也要么很快就被解决(比如有关小行星地位的争议),要么所争之处并非行星的定义(比如对地球地位的争议),从而并未触及行星定义的必要性。
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可现在的情况完全不同了。要知道冥王星行星资格的由来有着很大的偶然性:它一开始就被错误地当成了罗威尔的行星X,可以说是将行星宝座当成婴儿床,直接就诞生在了那里。尔后又在很长的时间内被误认为可能有地球那么大。后来虽一再“瘦身”,但生米早已煮成熟饭,再说“瘦死的骆驼比马大”,冥王星虽小,比小行星终究还是大得多,因此其身份虽遭到过怀疑,却像一位有经验的潜伏人员那样有惊无险地挺了过来〔1〕。但随着海外天体的陆续登场,冥王星除在个头上遭到挑战外,它隐匿多年的一桩“劣迹”也得到了曝光。我们知道,当年小行星们之所以被剥夺行星资格,除个头太小外,还因为它们犯有一项“重罪”,那就是“非法聚众”。现在冥王星显然也犯下了同样的“罪行”。在这种情况下,摆在天文学家们面前的是一个两难局面:要么像当年处理小行星一样,剥夺冥王星的行星资格;要么一视同仁地将所有较大的柯伊伯带天体全都吸收为行星,甚至恢复某些小行星的名誉。无论哪一种选择,都将改变已沿袭了大半个世纪的太阳系九大行星的基本格局。
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另外需要提到的是,除了来自太阳系内部的这些麻烦外,行星这个被太阳系垄断了几千年的专利,自20世纪90年代开始遭遇了“盗版”。天文学家们在其他恒星(包括白矮星、脉冲星等恒星“遗体”)周围也陆续发现了行星,而且其数目迅速增加,目前已远远超过了太阳系的行星数目。所有这些都促使天文学家们摆脱单纯的历史沿革,对行星的定义进行系统思考。在这过程中,冥王星的命运是让很多人——尤其是公众——最为关注的焦点。
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1999年,随着有关冥王星地位变更的传闻越来越多,负责天体命名及分类的国际天文联合会发表了一份声明,公开否认其正在考虑这一问题。但就在这份明修栈道式的声明发表的同一年,该联合会却暗度陈仓般地成立了一个旨在研究太阳系以外行星(Extrasolar Planet)的工作组。2001年2月,该工作组拟出了一份名义上只针对太阳系以外行星的定义草案,其中给出了行星定义的一个重要组成部分,那就是行星必须足够小,以保证其内部不会发生核聚变反应〔2〕。这一条的主要目的是将行星与所谓的褐矮星(brown dwarf)区分开来。按照我们目前对天体内部结构的了解,这一条给出的行星质量上界约为木星质量的13倍。
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除上界外,完整的行星定义显然还应包含一个合理的下界,否则环绕恒星运动的任何小天体,甚至每一粒尘埃都将变成行星,那是不堪设想的事情。不过由于早期发现的太阳系以外的行星大都是巨行星,因此上述草案并未对质量下界给予认真关注,只是建议参照太阳系行星的情况。可这“参照”二字说来容易,做起来却绝不轻松,因为太阳系行星的情况一向只是约定成俗,而从未有过明确定义,若当真遇到什么棘手的情形,还真不知该如何参照。有鉴于此,2002年,美国西南研究所(Southwest Research Institute)的天文学家斯特恩(Alan Stern)与莱维森(Harold Levison)提出了一组新的行星定义,这一定义采用了与上述草案相同的质量上界(措词略有差异),但补充了质量下界。它规定:行星必须足够大,以至于其形状主要由引力而非物质中的其他应力所决定。在太阳系中,我们可以看到很多形状不规则的小天体,但几乎所有直径在400千米以上的天体,其形状都非常接近由引力所主导的天然形状:球形〔3〕。因此由这一条给出的行星直径下界约为400千米,具体的数字则与天体的物质组成有关。
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由上述方式定义的行星质量上界及下界具有非常清晰而自然的物理意义。有了这两条,再加上行星必须环绕恒星运动,以及行星不能同时是卫星这两个显而易见的运动学要求,行星定义就基本完整了。2006年8月16日,国际天文联合会正式提出了一份行星定义草案。该草案所采用的大致就是上述几条,不过在涉及质量上界时,只对行星与普通恒星作了区分,而未涉及与褐矮星的区分(这相当于将质量上界由木星质量的13倍提高到75倍左右)。这份定义草案单从物理角度讲是比较令人满意的,但用到太阳系中却立刻会产生一个很现实的麻烦,即导致行星数量的急剧增加。事实上,由于该定义所要求的行星直径的下界只有400千米左右,一旦被采用,则不仅谷神星可以“官复原职”,阋神星能够“荣登宝座”,许许多多甚至连名字都还没有的家伙也将成为行星。据估计,这一定义有可能会使太阳系的行星数目增加到几百,甚至几千。这样的数目虽然不存在任何原则性的问题,却有点超乎人们的心理承受力,因为自冥王星被发现以来,几乎每一位小学生都能说出太阳系九大行星的名称。但假如九大行星变成几百、甚至几千大行星,那么别说小学生,恐怕连大学教授也得张口结舌。
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因此,上述草案一经提出立刻遭到了激烈的反对。经过几天的争论,国际天文联合会在草案中新增了一项要求:行星必须扫清自己轨道附近的区域〔4〕。2006年8月24日,这一新定义经表决以超过90%的大比率通过,从而正式生效。按照新增的那项要求,谷神星“官复原职”的希望付诸东流,阋神星“荣登宝座”的美梦也化为了泡影,而最惨的则是已经在行星宝座上端坐了76年的冥王星,它在一夜之间就被扫地出门,变成了所谓的“矮行星”——这是为像它这样满足其他各项要求,却没能完成轨道“大扫除”任务的天体所设的安慰奖。与冥王星一同获得首批矮行星光荣称号的还有谷神星和阋神星。2008年3月和9月,鸟神星和妊神星也先后加入了矮行星的行列。今后,矮行星的数目显然还会增加,但太阳系行星的数目却暂时降为了八个。也许是意识到新定义的修改过程太过仓促,国际天文联合会将新定义的适用范围限定在了太阳系以内,而将普遍的行星定义留给了未来。
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行星新定义的仓促出炉,尤其是冥王星像“严打”期间遭到惩处的人犯一样在几天之内就被草率“矮化”,引起了很多人的反对,反对者从天文学家到天文爱好者,从普通民众到占星术士应有尽有。以前太阳系有九大行星时,人们曾用九大行星的英文开首字母编写过一些便于记忆的英文短句,比如:My Very Educated Mother Just Served Us Nine Pizza(我那受过良好教育的妈妈刚给我们做了九个比萨饼),冥王星(“P”luto)被剥夺行星资格后,有人戏谑般地用剩下的八个开首字母也编了一个英文短句:Most Vexing Experience, Mother Just Served Us Nothing(最气恼的经历,妈妈没给我们做任何东西)。
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当然,也有比较认真的反对者,比如有人对表决的代表性提出了质疑。他们指出,参与行星定义表决的天文学家只有424人(其中投反对票者为42人),不到与会人数的16%,与国际天文联合会的会员总数相比,更是连5%都不到,不能充分地代表国际天文联合会。不过这种质疑初看起来颇有说服力,其实却不然。因为国际天文联合会的会员并非人人都对行星定义感兴趣,因此投票率的高低未必能衡量投票质量的好坏。另一方面,424人从统计学角度讲已经不算是太小的样本,统计误差只有百分之几,超过90%的大比率通过绝非统计误差所能干扰。除非有迹象表明未投票的天文学家看待行星定义的态度与已投票者存在系统性的差异,否则更多的人投票只会使赞成及反对的票数大致按比例增加,却几乎不可能改变投票结果。
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当然,最重要的是,行星定义无论如何改变,所影响的只是我们对天体的称呼与分类,而不是天体本身。冥王星是行星也好,是矮行星也罢,它就是那个在六十亿千米之外围绕太阳运动,直径约2300千米,“遵循相同物理定律,由同样的尘埃云凝聚而成”的实心球。它是否被新定义所“矮化”,无论对于它自己还是对于天文学研究都没什么实质意义。不过,如果读者对名分问题感兴趣的话,朱惠特——他曾被认为是最早发现柯伊伯带天体的天文学家,但现在只能排第二了(请读者想一想,第一是谁?)——倒是早在冥王星被“矮化”之前就表达过一个别致的看法,他认为冥王星如果变成一个柯伊伯带天体,非但不是被“矮化”,反而是受到“升迁”,因为它的地位将从此“由外太阳系的一个令人难以理解的畸形反常,变成海外天体这一丰富而有趣的家族的首领”。正所谓:宁为鸡头,不做凤尾,看来我们应该祝贺冥王星〔5〕。
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〔1〕对冥王星身份的最早怀疑可以追溯到汤博发现冥王星的同一年,即1930年,起因是罗威尔天文台公布的冥王星轨道与罗威尔对行星X的预言不符。
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〔2〕确切地讲,该定义要求行星的质量小于在其中心产生氘核聚变所需的质量。由于氘核聚变是恒星内部最容易产生的核聚变,因此满足这一条也就自动保证了行星内部不会产生其他核聚变。
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〔3〕确切地讲是椭球形,因为多数天体存在自转。
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〔4〕这一条与其他几条相比,其缺陷是显而易见的,因为它并未对“轨道附近的区域”及“扫清”这两个概念进行界定。严格追究的话,海王星也不能算是扫清了轨道附近的区域,因为很多海外天体的轨道周期性地穿越海王星轨道。甚至最有行星资格的木星,它的“大扫除”也是有死角的,因为在它的轨道区域中存在数量多达十万以上的所谓“特洛伊小行星”(Trojan asteroid)。从国际天文联合会对新定义的讨论过程及此前出现的几篇相关论文来看,“扫清”一词的含义应该是指行星在其轨道附近的区域中处于支配性(dominant)地位。
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〔5〕冥王星的“鸡头”地位在2008年6月11日得到了进一步的加强:这一天,国际天文联合会将海王星以外(即轨道半长径大于海王星轨道半长径)的矮行星统称为[WTHZ]Plutoid[WTBZ]。该类别目前尚无标准中文译名,几种可能的选择为:类冥天体、类冥矮行星、冥王星类天体。其中个别译名曾被当作plutino——即与海王星轨道存在3∶2共振的海外天体(包括卫星)——的非正式中译名。不过plutoid这一新类别出现后,为对两者进行区别,我认为plutino宜另找一个可以体现英文词根-ino(微小)的新词作为译名,比如类冥小天体、微冥天体等。
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