在76年時(shí)間里,冥王星一直是人們熟知的太陽(yáng)系第九大行星。冥王星的個(gè)頭相比其他八大行星來(lái)說(shuō)太小,冥王星的一顆衛(wèi)星——卡戎(冥衛(wèi)一)都有冥王星的一半大小,而且冥王星的軌道傾斜又不是圓形,但這些都不影響冥王星的第九大行星地位。
2000年,位于紐約的美國(guó)自然歷史博物館在其舉辦的一場(chǎng)行星展覽中,冥王星被排除在外。有人給該博物館館長(zhǎng)發(fā)郵件,對(duì)此表示不滿。2006年8月,國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)制定的行星新定義把冥王星正式逐出了行星隊(duì)伍。根據(jù)這一新定義,太陽(yáng)系天體必須滿足3個(gè)條件才能算是行星。這三個(gè)條件分別是:環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行;有足夠質(zhì)量讓自己呈球形或近似球形;引力夠大,因此自己所在軌道中及軌道附近的所有其他天體都被清理出去。像冥王星這樣滿足前兩個(gè)條件但不滿足第三個(gè)條件的天體,則被定義為“矮行星”。
科學(xué)不以情感為轉(zhuǎn)移,不以喜不喜歡為準(zhǔn)。隨著科學(xué)家對(duì)太陽(yáng)系的了解越來(lái)越深入,他們修改原有的觀點(diǎn)或定義無(wú)可厚非。主導(dǎo)行星新定義的一名科學(xué)家表示,對(duì)行星進(jìn)行再定義是一項(xiàng)正確舉措。她說(shuō),冥王星與太陽(yáng)系其他八大行星有本質(zhì)不同,而且隨著在海王星軌道以外發(fā)現(xiàn)更多的大質(zhì)量天體,行星定義確實(shí)需要調(diào)整。她指出,修訂行星定義的目的不是讓冥王星降格,而是恰恰相反,是讓冥王星作為一類新天體——矮行星的典型代表,以凸顯這類天體的重要性。
有不少科學(xué)家對(duì)這一觀點(diǎn)表示贊同。例如,一名行星學(xué)家把行星新定義看作是“科學(xué)戰(zhàn)勝了情感”,科學(xué)歷程的特點(diǎn)就是“科學(xué)家不斷認(rèn)識(shí)到自己的早期觀點(diǎn)可能有誤”,而冥王星也“最終有了該有的歸屬”。但另一名行星學(xué)家認(rèn)為,2006年對(duì)行星進(jìn)行新定義純屬胡搞,其中第三個(gè)條件尤其不合適,畢竟清除自己軌道內(nèi)外其他天體的能力根本就不只是取決于行星本身。
在冥王星表面冰原上,可見(jiàn)冰山、沙丘和隕擊坑等各種地貌
從2006年至今,我們已經(jīng)了解到冥王星不僅有大氣層,而且可能有云層。冥王星還有水冰構(gòu)成的山脈,有固態(tài)氮構(gòu)成的平原,有甲烷雪覆蓋的山峰,還有沙丘和火山??傊ね跣鞘且粋€(gè)與其他環(huán)繞太陽(yáng)的天體都不同、充滿活力而又十分復(fù)雜的世界。
藝術(shù)家想象的冥王星表面冰山
“新地平線號(hào)”飛船進(jìn)行的實(shí)地觀測(cè)發(fā)現(xiàn),冥王星復(fù)雜、驚人的地質(zhì)活動(dòng)完全能媲美內(nèi)太陽(yáng)系中的任何巖石行星。這是反對(duì)2006年行星新定義的科學(xué)家的主要反對(duì)理由。這些反對(duì)者提出,有關(guān)冥王星的新發(fā)現(xiàn)根本就不該是對(duì)冥王星進(jìn)行重新歸類的理由,而恰恰是能鞏固冥王星行星地位的新證據(jù)。
事實(shí)上,對(duì)于行星來(lái)說(shuō),從來(lái)就沒(méi)有一個(gè)單一而又簡(jiǎn)單的定義,而這或許不是一件壞事。幾百年來(lái),“行星”這個(gè)詞的含義一直很寬泛。當(dāng)意大利著名天文學(xué)家伽利略當(dāng)初把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)木星時(shí),任何在天空中移動(dòng)的天體(包括衛(wèi)星)都被認(rèn)為是行星。19世紀(jì),由巖石天體組成的小行星帶(當(dāng)時(shí)還沒(méi)有這個(gè)術(shù)語(yǔ))被發(fā)現(xiàn),而帶中的小行星當(dāng)時(shí)也被稱為行星。
冥王星從被發(fā)現(xiàn)起一直被認(rèn)為是一顆行星。1930年1月,美國(guó)業(yè)余天文學(xué)家湯博在天文臺(tái)拍攝的照片中發(fā)現(xiàn)了冥王星。當(dāng)時(shí),他沖進(jìn)自己供職的天文臺(tái)的臺(tái)長(zhǎng)辦公室,激動(dòng)地宣稱:“我發(fā)現(xiàn)了第九大行星!”
湯博和他自制的反射式望遠(yuǎn)鏡
這一發(fā)現(xiàn)并非巧合。1903年,美國(guó)天文學(xué)家洛維爾猜測(cè):一顆質(zhì)量為地球7倍的行星——即所謂的“第九大行星”,在比地球距離太陽(yáng)遠(yuǎn)45倍的地方環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行。洛維爾一直在尋找第九大行星,直到他在1916年去世。但對(duì)這顆假想行星的找尋,沒(méi)有因?yàn)樗碾x世而停止。
當(dāng)時(shí),這顆新發(fā)現(xiàn)的行星被認(rèn)為黑如煤、硬如鐵、密度為地球表面巖石的兩倍。但進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),洛維爾完全高估了冥王星的質(zhì)量:冥王星的質(zhì)量只相當(dāng)于地球的1/500。當(dāng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)冥王星并非是它所在地帶的唯一天體時(shí),事情變得更蹊蹺??茖W(xué)家1992年發(fā)現(xiàn),一個(gè)直徑為冥王星的1/10的天體在冥王星和海王星軌道外很遠(yuǎn)的地方(但依然屬于冥王星所在的大區(qū)域)環(huán)繞太陽(yáng),那里的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于結(jié)冰點(diǎn)。
自那以后,科學(xué)家在那個(gè)天體所在、被稱為柯伊伯帶的一個(gè)寒冷區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)2000個(gè)含冰天體。既然冥王星有如此眾多的鄰居,那么新問(wèn)題就來(lái)了:這些奇異的新天體與我們熟悉的那些老天體有什么共同點(diǎn)?如果缺乏共同點(diǎn),那么該怎樣分類這些新天體?正因?yàn)橐幌伦映霈F(xiàn)了如此多的新天體,所以天文學(xué)界越來(lái)越意識(shí)到應(yīng)該對(duì)行星給出一個(gè)正式定義。
2005年,美國(guó)科學(xué)家布朗首次發(fā)現(xiàn)在柯伊伯帶中存在比冥王星個(gè)頭大的天體。如果冥王星算得上太陽(yáng)系第九大行星,那么新發(fā)現(xiàn)的這顆比冥王星還大的天體——齊娜星理所應(yīng)該是太陽(yáng)系第十大行星。但是,如果齊娜星是由太陽(yáng)系形成后的剩余物質(zhì)形成的一個(gè)含冰天體,它就配不上行星稱號(hào),而冥王星自然也配不上這個(gè)稱號(hào)。
2006年的國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)上,與會(huì)代表為冥王星的行星資格投票
在2006年于布拉格舉行的一次國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)會(huì)議上,怎樣歸類齊娜星和冥王星成為焦點(diǎn)話題。在這次會(huì)議的最后一天——8月24日,在經(jīng)過(guò)之前長(zhǎng)時(shí)間的激烈爭(zhēng)論后,新的行星定義被提交大會(huì)表決。結(jié)果,冥王星和齊娜星都被排除在行星行列外,齊娜星被改名為厄里斯星。這個(gè)新名稱堪稱恰如其分,因?yàn)槎蚶锼故窍ED神話中矛盾之神的名字。由于冥王星和厄里斯星被歸類為矮行星,因此太陽(yáng)系行星的數(shù)量由9顆降為8顆。
在一些國(guó)家,天文學(xué)教科書因此被改寫。但許多科學(xué)家,尤其是冥王星專業(yè)學(xué)者,從未接受這一行星新定義。這一方面可能是礙于面子,畢竟他們一直致力于研究的是第九大行星——冥王星,另一方面也可能有怨恨成分,但這些科學(xué)家還有更好的理由來(lái)拒絕接受行星新定義。在檢索了幾百年來(lái)成百上千的論文、教科書和科學(xué)家信函后,這些科學(xué)家指出:科學(xué)家和公眾對(duì)“行星”這個(gè)詞的用法隨著時(shí)間而改變,但并不是像大多數(shù)人認(rèn)為的那樣改變。
以第一顆被發(fā)現(xiàn)的矮行星——谷神星為例。位于火星和木星之間小行星帶中的谷神星,在其于1801年被發(fā)現(xiàn)后一度被認(rèn)為是一顆行星。有一種支持行星新定義的說(shuō)法是,當(dāng)小行星帶中的其他天體被發(fā)現(xiàn)后,谷神星不再被當(dāng)作行星。具體來(lái)說(shuō),到19世紀(jì)結(jié)束時(shí),隨著數(shù)百顆小行星被發(fā)現(xiàn),谷神星被逐出行星隊(duì)伍。按照此說(shuō)法,既然谷神星因?yàn)槠浔姸噜従颖话l(fā)現(xiàn)而不再是行星,那么冥王星因其鄰居被發(fā)現(xiàn)也就不該再是行星。
但反對(duì)行星新定義的科學(xué)家指出,實(shí)際情況并非如此。谷神星和其他小行星被發(fā)現(xiàn)后,它們都曾被認(rèn)為是行星,只不過(guò)是行星中的小個(gè)頭,所以有時(shí)候被稱為“小行星”(注意:當(dāng)時(shí)這個(gè)詞與今天這個(gè)詞的用法不同),但小行星依然是行星。這種認(rèn)識(shí)一直持續(xù)到了20世紀(jì)。1951年,一篇科學(xué)文章中說(shuō):“已知有成千上萬(wàn)顆行星在環(huán)繞太陽(yáng),但其中絕大多數(shù)都是小個(gè)頭,只有一個(gè)街區(qū)或一座城市大小。”
直到20世紀(jì)60年代,隨著航天器對(duì)這些天體進(jìn)行了更好的觀測(cè)后,這些小天體才不再被認(rèn)為是行星,而被歸類為小行星。也就是說(shuō),小行星不是小的行星,而是有別于行星的另一類天體。雖然最大的小行星看起來(lái)像是行星,但大多數(shù)小行星的形狀都不規(guī)則,這表明小行星的起源和地質(zhì)都與行星不同。不過(guò),雖然小行星有鄰居,也就是說(shuō)小行星沒(méi)有清理好自己的軌道,但這個(gè)事實(shí)與小行星不再被歸類為行星無(wú)關(guān)。
那么衛(wèi)星呢?直到20世紀(jì)20年代,科學(xué)家一直把衛(wèi)星也稱為“行星”或“次級(jí)行星”。令人驚訝的是,在一些非科學(xué)出版物中,尤其是在占星術(shù)讀物中一直對(duì)行星數(shù)量進(jìn)行減少處理,只把明顯可見(jiàn)、在天空中看似位置固定的恒星之間移動(dòng)的天體稱為行星。
從冥王星表面看冥衛(wèi)一(想象圖)
有科學(xué)家認(rèn)為,把衛(wèi)星也歸為行星的舊的行星定義,是在1910至1950年之間的行星學(xué)“大蕭條”時(shí)期被遺忘的。由于發(fā)現(xiàn)了太多的小行星,因此搜尋新的小行星和優(yōu)化它們的軌道這類工作變得越來(lái)越無(wú)趣。另一方面,當(dāng)時(shí)的望遠(yuǎn)鏡還不足以探索小行星的地質(zhì)。與此同時(shí),空間科學(xué)的其他領(lǐng)域更引人入勝,因此科學(xué)界對(duì)行星定義的關(guān)注度急劇降低。
隨著空間飛行器傳回更多有關(guān)衛(wèi)星的信息,衛(wèi)星再度進(jìn)入行星學(xué)視野。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始,“行星”一詞再度出現(xiàn)在科學(xué)文獻(xiàn)中,但描述的卻是那些個(gè)頭相對(duì)大一點(diǎn)、形狀相對(duì)圓一點(diǎn)的衛(wèi)星。
冥王星表面噴泉(想象圖)
涵蓋一些衛(wèi)星、小行星和柯伊伯帶天體的行星定義之所以經(jīng)久不衰,是因?yàn)樗膶?shí)用性。行星學(xué)家的研究工作包括對(duì)火星(行星)、泰坦(土衛(wèi)六,衛(wèi)星)、特里同(海衛(wèi)一,衛(wèi)星。很可能起源于柯伊伯帶,在很久以前被海王星捕獲)及冥王星(矮行星)進(jìn)行比較。用一個(gè)詞(例如“行星”)來(lái)描述那些地質(zhì)學(xué)有趣、還可能有生命起源因素存在的各類不同的天體,在科學(xué)上是有用的。此外還有從山脈到大氣層,再到海洋、湖泊及河流的更多復(fù)雜性,而一些巖石天體長(zhǎng)得夠大,因而其自身引力讓它們成為球體,但另一些卻長(zhǎng)得不夠大,不足以成為球體。對(duì)于如此種種有重要共性但也有差異的天體,采用一個(gè)詞來(lái)歸類概括其主要共性,在科學(xué)尚不發(fā)達(dá)的時(shí)候也情有可原。
行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
一些科學(xué)家指出,不論是反對(duì)修改行星定義的科學(xué)家還是國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì),其對(duì)行星的定義都未達(dá)到能被科學(xué)界普遍接受的完美標(biāo)準(zhǔn)。既然如此,對(duì)行星定義的爭(zhēng)論就必然持續(xù)。從某種意義上說(shuō),一個(gè)更寬泛且非只包括八大行星的行星定義能更準(zhǔn)確描述太陽(yáng)系這個(gè)概念。過(guò)于強(qiáng)調(diào)八大行星,可能會(huì)過(guò)分強(qiáng)調(diào)它們主宰太陽(yáng)系,而事實(shí)上比它們小的天體數(shù)量要大很多很多。從長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看,大行星甚至都不會(huì)固定在一條軌道中。例如,氣態(tài)巨行星們?cè)谶^(guò)去都曾變換過(guò)位置。因此,把太陽(yáng)系描述成靜態(tài)的八大行星是不合理也不公正的。
但其他一些人對(duì)此不予認(rèn)同。他們認(rèn)為,自身引力大得足以能清理干凈自己的軌道環(huán)境,理應(yīng)是行星的一個(gè)決定性特征。此外,八大行星主宰太陽(yáng)系中除了太陽(yáng)之外的部分是不爭(zhēng)的事實(shí)。這些支持行星新定義的科學(xué)家說(shuō),新定義讓行星數(shù)量可控。如果僅僅太陽(yáng)系中就有成千上萬(wàn)的行星,那研究起來(lái)是不是太麻煩?而說(shuō)到太陽(yáng)系以外的行星(系外行星),那不更亂了套?
以這個(gè)理由看,行星新定義似乎的確必要。但一些科學(xué)家指出,讓行星定義涵蓋過(guò)窄、過(guò)于強(qiáng)調(diào)八大行星,會(huì)讓人們忽略空間的其余部分。21世紀(jì)最初幾年,在太陽(yáng)系中發(fā)現(xiàn)新行星(實(shí)際上是矮行星)的消息非常鼓舞天文學(xué)界。到了2006年,這方面的所有興奮都?xì)w于平靜。然而,矮行星也好,更小的天體也好,其實(shí)也很值得探索。事實(shí)上,迄今已發(fā)現(xiàn)了至少150顆矮行星,但很多人對(duì)矮行星依然沒(méi)有概念。
這些科學(xué)家還指出,沒(méi)必要因?yàn)樾行菙?shù)量太多、可能記都記不住,就讓行星定義過(guò)于嚴(yán)格化。他們說(shuō),一些小孩能記住好幾百種恐龍的名字及其特點(diǎn)。因此,行星定義再寬泛些無(wú)妨,更能激發(fā)人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和探索他們感興趣的更多天體,包括行星。
冥王星是否符合行星定義?應(yīng)該怎樣定義行星?看來(lái)這些仍然是仁者見(jiàn)仁的問(wèn)題,爭(zhēng)論看來(lái)還會(huì)持續(xù)下去。但不管怎樣,只要能促進(jìn)科學(xué)發(fā)展就好。
“新地平線號(hào)”飛船對(duì)冥王星的實(shí)地觀測(cè)發(fā)現(xiàn),冥王星表面的斯普特尼克平原被翻卷的氮冰“胞體”(白色多邊形塊)覆蓋。這些胞體把冥王星地下物質(zhì)源源不斷地輸送到地表。
近距離照片凸顯了位于氮冰“胞體”邊緣的水冰崎嶇“山脈”。