二十一. 巔峰之戰(zhàn)

自18世紀(jì)康德和拉普拉斯提出著名的“星云假說”以來，人們普遍認(rèn)為太陽系是由一個(gè)星云演化而來的，而星云盤上的物質(zhì)彼此碰撞吸積，逐漸形成了行星。按照這種理論，當(dāng)星云物質(zhì)的密度低到一定程度時(shí)，行星的形成過程有可能緩慢到迄今都無法完成，而只能留下一些“半成品”：小天體。

除了從太陽系起源角度所作的分析外，天文學(xué)家們又從另一個(gè)角度出發(fā)，提出了存在小天體的可能。這和美麗的彗星有關(guān)。當(dāng)彗星拖著美麗的尾巴（彗發(fā)）出現(xiàn)在天空中時(shí)，常常是萬人爭(zhēng)睹的景象。天文學(xué)家們注意到，太陽系中的彗星按周期的長(zhǎng)短大致可分為兩類：一類是長(zhǎng)周期彗星，它們的軌道周期在兩百年以上，長(zhǎng)的可達(dá)幾萬甚至幾百萬年；另一類是短周期彗星，它們的軌道周期在兩百年以下，短的只有幾年。短周期彗星的存在給天文學(xué)家們帶來了一個(gè)難題。這些彗星上能形成彗發(fā)的揮發(fā)性物質(zhì)會(huì)因頻繁接近太陽而被迅速耗盡，而直到太陽系誕生50億年之后，我們?nèi)阅苡^測(cè)到不少短周期彗星，這是為什么呢？天文學(xué)家認(rèn)為，太陽系中存在一個(gè)短周期彗星的補(bǔ)充基地，那就是小天體帶。

因此，到了20世紀(jì)80年代末，來自不同角度的理論分析均表明，海王星軌道之外很可能存在一個(gè)小天體帶。它們是行星演化過程中的半成品，同時(shí)也是短周期彗星的大本營(yíng)。但直到那時(shí)為止，那個(gè)遙遠(yuǎn)的天區(qū)除孤零零的冥王星外，在觀測(cè)上還是一片空白。

一位天文學(xué)家決定對(duì)海外天體展開搜索，他就是英國(guó)人朱惠特。朱惠特在倫敦念本科時(shí)，被美國(guó)國(guó)家航空航天局發(fā)布的美輪美奐的行星及衛(wèi)星圖像所打動(dòng)，選擇了行星天文學(xué)作為自己的專業(yè)，并前往美國(guó)念研究生。1983 年，朱惠特在美國(guó)加州理工大學(xué)獲得博士學(xué)位，隨后成為麻省理工學(xué)院的助理教授。在那里，他遇到了合作者盧簡(jiǎn)。盧簡(jiǎn)是一位出生于越南的女孩，她也是被美國(guó)國(guó)家航空航天局的行星與衛(wèi)星圖像所吸引而選擇了行星天文學(xué)作為專業(yè)方向。

1987年的某一天，朱惠特提議盧簡(jiǎn)參與自己搜索海外天體的工作。這是自冥王星被發(fā)現(xiàn)之后幾乎無人從事的冷門觀測(cè)，盧簡(jiǎn)問朱惠特為什么要這樣做，他的回答很悲壯：“如果我們不做，就沒人做了。”盧簡(jiǎn)被這個(gè)回答所打動(dòng)，一場(chǎng)歷時(shí)五年的漫長(zhǎng)搜索由此揭開了序幕。

朱惠特和盧簡(jiǎn)采用的手段類似于當(dāng)年的湯博，即通過不同時(shí)間拍攝的同一天區(qū)的相片進(jìn)行閃爍對(duì)比，來尋找緩慢運(yùn)動(dòng)的天體。半個(gè)世紀(jì)之后，他們擁有了更精良的觀測(cè)設(shè)備，一項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)入了天文界，那便是“電荷耦合器件”，簡(jiǎn)稱 CCD。CCD 是一種可以取代傳統(tǒng)膠片的感光器件，能對(duì) 70% 甚至更多的入射光作出反應(yīng)，而普通膠片的這一比率還不到10%，朱惠特與盧簡(jiǎn)決定用它取代照相膠片。

1988 年，朱惠特接受了夏威夷大學(xué)天文所的一個(gè)職位。他和盧簡(jiǎn)在夏威夷大學(xué)所屬的茂納基雅天文臺(tái)里，繼續(xù)進(jìn)行搜尋工作。茂納基雅在夏威夷語里是“白山”的意思，茂納基雅天文臺(tái)的所在正是白山之巔，那里常年積雪，海拔高達(dá) 4200 米 (比湯博所在的羅威爾天文臺(tái)高了一倍)。在那里，朱惠特與盧簡(jiǎn)夜復(fù)一夜地進(jìn)行著觀測(cè)，感到疲憊的時(shí)候，朱惠特會(huì)放上一段重金屬音樂，盧簡(jiǎn)則會(huì)放上一段經(jīng)典音樂，觀測(cè)室里響起時(shí)而激揚(yáng)、時(shí)而舒緩的樂曲。

1992年8月30日，在對(duì)比兩張 CCD 相片時(shí)，一個(gè)緩慢移動(dòng)的小天體引起了朱惠特和盧簡(jiǎn)的注意。他們對(duì)該天區(qū)進(jìn)行了反復(fù)的拍攝與對(duì)比，結(jié)果證實(shí)這一天體的確是在運(yùn)動(dòng)著。四年了，他們?cè)谶@仿佛伸手可摘星的巔峰上苦苦尋找，沒想到成功竟在今夜，這真讓人有點(diǎn)猝不及防！他們興奮得像兩個(gè)孩子一樣在觀測(cè)室里又蹦又跳。他們將這一消息通告了國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)所屬小天體中心。9月14 日，小天體中心的天文學(xué)家馬斯登正式公布了這一發(fā)現(xiàn)，并確定了該天體的臨時(shí)編號(hào)：1992QB1。

二十二. 玄冰世界

1992QB1的發(fā)現(xiàn)是人類在尋找太陽系疆界的征途上取得的又一重要進(jìn)展。一開始，有些天文學(xué)家對(duì)它是否真的是海外天體還存有疑慮。不過在1993年3月28日，朱惠特與盧簡(jiǎn)發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)海外天體，編號(hào)為1993FW。更多的海外天體此后被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，越來越清楚地表明它們正是理論家們所猜測(cè)的那個(gè)小天體帶的成員。

隨著觀測(cè)技術(shù)的改進(jìn)，以及觀測(cè)者的增多，海外天體的發(fā)現(xiàn)不斷提速，在熱鬧的年份里一年就能發(fā)現(xiàn)一兩百個(gè)。不過，由于距離遙遠(yuǎn)，加上體形苗條，海外天體大都極其暗淡，視星等通常在20以上，不到冥王星被發(fā)現(xiàn)時(shí)亮度的百分之一，因此被發(fā)現(xiàn)的海外天體由于未能及時(shí)跟蹤而重新丟失的比率也大得驚人，有時(shí)竟達(dá)40%。尋找海外天體的工作，仿佛是往小學(xué)數(shù)學(xué)題里那個(gè)開著排水口的水池里灌水，一邊找，一邊丟。不過在天文學(xué)家的努力下，得到確認(rèn)的海外天體數(shù)量還是穩(wěn)步增長(zhǎng)著。截至今年3月，被小行星中心記錄的海外天體數(shù)量已經(jīng)超過了1300個(gè)，它們的表面大都覆蓋著由甲烷、氨、水等物質(zhì)組成的萬古寒冰。

天文學(xué)家們對(duì)海外天體按其軌道特征作了粗略的分類，距太陽30-55天文單位的被稱為“柯伊伯帶天體”，它們構(gòu)成了所謂的“柯伊伯帶”。據(jù)估計(jì)，柯伊伯帶天體中直徑在100公里以上的可能有幾萬個(gè)之多，目前已被發(fā)現(xiàn)的還只是冰山之一角。

另一方面，柯伊伯帶天體相對(duì)于全部海外天體來說也只是冰山之一角。人們還發(fā)現(xiàn)了一些離太陽更遠(yuǎn)的天體，這些天體被稱為“離散盤天體”，它們的遠(yuǎn)日點(diǎn)比柯伊伯帶天體離太陽遠(yuǎn)得多，但近日點(diǎn)卻往往延伸到柯伊伯帶，個(gè)別的甚至向內(nèi)穿越海王星軌道。一般認(rèn)為，離散盤天體最初也形成于柯伊伯帶，是因?yàn)橥庑行堑囊Ω蓴_而被甩離了原先的軌道。

2005年1月5日，美國(guó)天文學(xué)家布朗發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的海外天體。這一天體的編號(hào)為2003UB313，被發(fā)現(xiàn)時(shí)它正處于距太陽約97.5天文單位的遠(yuǎn)日點(diǎn)。在這樣遙遠(yuǎn)的地方仍能被觀測(cè)到，可見其塊頭小不了。布朗估計(jì)，它的直徑起碼比冥王星大25%。這一估計(jì)在天文學(xué)界引起了很大的震動(dòng)。因?yàn)樽在ね跣潜话l(fā)現(xiàn)以來，這還是首次在太陽系中發(fā)現(xiàn)比冥王星更大，同時(shí)又不是衛(wèi)星的天體。毫無疑問，像2003UB313這樣巨大的天體應(yīng)該擁有一個(gè)專門的名稱，后來它被正式定名為厄里斯，這是希臘神話中的爭(zhēng)吵女神，在中文中，這一天體被稱為鬩神星。這位爭(zhēng)吵女神很好地預(yù)示了她即將帶給天文學(xué)家的東西：有關(guān)行星定義的爭(zhēng)吵。

二十三. 冥王退位

鬩神星的發(fā)現(xiàn)向天文學(xué)家提出了一個(gè)問題，那就是：它究竟是不是行星？ 這原本不應(yīng)該成為問題的，因?yàn)轸]神星既然比冥王星還大，當(dāng)然應(yīng)該算是行星。 但問題是，在鬩神星之前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量海外天體，并且接受了海外天體是行星演化過程的半成品的觀念。更何況，海外天體中還包含了其他一些大小可觀的成員，比如與鬩神星同一天被宣布發(fā)現(xiàn)的2005FY9比冥王星小得并不多，如果鬩神星與冥王星可以成為行星，那它們?yōu)槭裁床荒芩阈行牵慨?dāng)人們開始這樣提問的時(shí)候，一個(gè)很自然的問題就浮出了水面：究竟什么是行星？

就像其他一些習(xí)以為常的概念一樣，人類知道行星的存在雖有漫長(zhǎng)的歷史， 卻從未給它下過明確的定義。隨著海外天體的陸續(xù)登場(chǎng)，天文學(xué)家們面臨一個(gè)兩難局面：要么剝奪冥王星的行星資格，要么一視同仁地將所有較大的柯伊伯帶天體全都吸收為行星，甚至恢復(fù)某些小行星的名譽(yù)。無論哪種選擇，都將改變已沿襲大半個(gè)世紀(jì)的太陽系九大行星的格局。

2006年8月24日，國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)表決通過了新的行星定義，定義要求行星必須掃清了自己軌道附近的區(qū)域。鬩神星“榮登寶座”的美夢(mèng)就此化為泡影，而已經(jīng)在行星寶座上坐了76年的冥王星更慘，一夜之間被掃地出門，變成了所謂的 “矮行星”。也許是意識(shí)到新定義的修改太過倉(cāng)促，國(guó)際天文聯(lián)合將其適用范圍限定在了太陽系內(nèi)，因此普遍的行星定義仍將是未來的研究課題。

其實(shí)，行星定義無論如何改變，所影響的只是我們對(duì)天體的稱呼與分類，而不是天體本身。冥王星是行星也好，是矮行星也罷，它就是那個(gè)在60億公里之外圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的直徑約2300公里的實(shí)心球。如果讀者對(duì)名分問題感興趣的話，朱惠特倒是在冥王星被“矮化”之前就表達(dá)過一個(gè)別致的看法，他認(rèn)為冥王星如果變成一個(gè)柯伊伯帶天體，那么它的地位將“由外太陽系一個(gè)難以理解的畸形反常變成海外天體這一豐富多彩的有趣家族的首領(lǐng)。正所謂：寧為雞頭，不做鳳尾?？磥砦覀儜?yīng)該祝賀冥王星。

二十四. 疆界何方

讓我們盤點(diǎn)一下人類在尋找太陽系的疆界時(shí)走過的路程。從遠(yuǎn)古時(shí)期就知道的金、木、水、火、土，以及腳下的地球，到近代的天王星、海王星，再到現(xiàn)代的柯伊伯帶及離散盤，人類認(rèn)識(shí)的太陽系疆界在過去兩百多年的時(shí)間里擴(kuò)大了10倍左右。那么，離散盤是否就是太陽系的疆界呢？答案是否定的。

我們?cè)?jīng)提到，太陽系的彗星按照周期長(zhǎng)短可以分為兩類，其中短周期的彗星大都來自柯伊伯帶。那么，長(zhǎng)周期的彗星又來自何方呢？1950年，荷蘭天文學(xué)家奧托對(duì)長(zhǎng)周期彗星進(jìn)行了研究。他發(fā)現(xiàn)很多長(zhǎng)周期彗星的遠(yuǎn)日點(diǎn)位于距太陽50000-150000天文單位（約合0.8-2.4光年）的區(qū)域內(nèi)， 由此他提出在那里存在一個(gè)長(zhǎng)周期彗星的大本營(yíng)。這個(gè)大本營(yíng)后來便以他的名字命名為奧托云。由于長(zhǎng)周期彗星幾乎來自各個(gè)方向，因此人們認(rèn)為奧托云是球?qū)ΨQ的。后來的研究者進(jìn)一步將奧托云分為兩部分，內(nèi)側(cè)的稱為內(nèi)奧托云，從距太陽2000天文單位延伸到20000天文單位，呈圓環(huán)形分布。距太陽20000天文單位以外的則稱為外奧托云，呈球?qū)ΨQ分布。據(jù)估計(jì)，奧托云中約有幾萬億顆直徑在一公里以上的彗星。

奧托云究竟有多大呢？很多天文學(xué)家認(rèn)為它的范圍延伸到距太陽50000天文單位處，但也有人像奧托當(dāng)年一樣，認(rèn)為它延伸得更遠(yuǎn)，直到太陽勢(shì)力范圍的最邊緣。這一邊緣大約在100000-200000天文單位處，在那之外，銀河系引力場(chǎng)的潮汐作用及附近恒星的引力作用將超過太陽的引力?？磥?，奧托云的邊緣應(yīng)該就是太陽系的疆界了。

不過，奧托云未必是太陽系疆界上的唯一秘密。1984年，美國(guó)芝加哥大學(xué)的兩位古生物學(xué)家在對(duì)地球上過去25000萬年中的大規(guī)模生物滅絕狀況進(jìn)行研究后提出，這種滅絕似乎平均每隔2600萬年發(fā)生一次，而且有跡象表明其中至少有兩次與隕星撞擊地球的時(shí)間相重合。同年，美國(guó)加州大學(xué)的物理學(xué)家馬勒等人提出了一個(gè)猜測(cè)，他們認(rèn)為太陽有可能有一顆游弋在太陽系邊緣的伴星，最遠(yuǎn)時(shí)距太陽約有2.4光年(感興趣的讀者請(qǐng)估計(jì)一下它的近日點(diǎn)距離)。它每隔2600萬年經(jīng)過奧托云的一部分，在它的引力干擾下，大量的奧托云天體會(huì)進(jìn)入內(nèi)太陽系，其中個(gè)別天體會(huì)與地球相撞，從而造成大規(guī)模的生物滅絕。由于這顆伴星的可怕作用，它被稱為內(nèi)梅西斯，這是希臘神話中的復(fù)仇女神。如果太陽真的有這樣一顆伴星，那它無疑是太陽系疆界上最可怕的天體。但即便如此，我們也不必害怕，因?yàn)樯弦淮未笠?guī)模生物滅絕發(fā)生在500萬年前，那么下一次大約是2000萬年之后的事，那時(shí)如果人類還存在的話，必定早已有足夠的智慧來避免災(zāi)難。

我們有關(guān)太陽系疆界的故事就在這里與讀者說再見了，但人類探索太陽系疆界的事業(yè)卻遠(yuǎn)未終結(jié)。這樣的事業(yè)有一個(gè)美麗的名稱，叫做科學(xué)，她值得我們?nèi)プ饔郎奶剿鳌＃ㄍ辏?/p>

編者按：

因版面所限，本文有較大刪節(jié)，對(duì)更多細(xì)節(jié)感興趣的讀者請(qǐng)參閱作者的原稿，原稿網(wǎng)址為：http://changhai.org/read.php?article=14-16