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冥王星降级冲击波  

2006-10-18 18:44:06|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  冥王星降级冲击波 - 科学美国人 - 环球科学

导语:IAU决议明确了太阳系天体的分类标准,顺便把冥王星踢出了行星行列。事实上,天体降级早有先例,冥王星的行星“宝座”也早就岌岌可危,并不是一夜之间垮塌下来的。然而,今年这场行星“变法”,却在市井坊间引起了轩然大波,就连天文学界也被搅得不得安宁——300位天文学家联名请愿,公开抵制这份决议。什么原因导致冥王星降级?它的冲击力何以如此巨大?

撰文  虞骏

  捷克首都布拉格成了冥王星的伤心地。国际天文学联合会(简称IAU)的第26届大会,在天文学家喋喋不休的争吵声中落下帷幕,一同退出历史舞台的,还有冥王星那顶戴了76年的行星头衔。8月24日,天文学家在这里通过了充满争议的决议,为“行星”明确了定义,也给“太阳系九大行星”的常识画下了一个句号。但是由此带来的风波,却久久不能平息,不论是在天文学界,还是在市井坊间,IAU的权威都受到了前所未有的质疑和挑战。问题的关键就出在普通、而又不那么普通的“行星”身上。

  “行星”这个词在中国早已有之,在古代又与“惑星”或“游星”同义,而在西方,行星(planet)的词源也可以追溯到古希腊时代,最初有“流浪者”之意。不论是东方还是西方,我们都可以从字面上,看出这个词最原始、最质朴的定义:它指的并不是天空中那些一成不变的、勾勒出固定星座图案的点点繁星,而是那些会在星空中不断游移的“星星”。

  到底从什么时候开始,这个古老而简单的词语必须劳烦诸多天文学家出马,才能明确它的定义了呢?想要弄清这个问题的来龙去脉,我们还得先回到过去,看看太阳系天体的发现历程。

  行星降级  早有先例

  起初,人类仰望星空的唯一工具就是双眼。那时我们只能看见五颗明亮的行星。中国人称它们为金、木、水、火、土五星;在西方,人们则把它们当成巡游在天际的诸神,分别用美神维纳斯(Venus)、主神朱庇特(Jupiter)、信使墨丘利(Mercury)、战神玛尔斯(Mars)和农神萨杜恩(Saturn)来称呼它们。

  最初我们以为自己所在的地球才是宇宙的中心。直到17世纪初,凭借对五颗行星运行规律的观察,波兰人哥白尼提出的“日心说”才逐渐占据了上风。不论在科学上还是在历史上,“日心说”的胜利都意义重大,也悄无声息地改变着“行星”的概念:行星不再是夜空中四处游移的星点,而是像地球一样围绕着太阳公转的天体。

  这样,行星队伍迎来了第一次扩充——它把我们脚下的地球,从宇宙的中心降成了一颗普通行星。如此一来,太阳系就由六颗行星组成,按照它们与太阳之间的距离,由近到远依次为:水星、金星、地球、火星,木星和土星。

  也是在17世纪初,人类观测星空的方式发生了翻天覆地的改变,望远镜的横空出世大大增强了人类的“视力”,使许多单凭肉眼无法看见的暗淡星点进入了我们的视野。太阳系中会不会还存在着其他行星呢?天文学家圈定了三个可疑地带,认为那里最可能有行星出没。

  第一个区域就是水星轨道的内侧。传说哥白尼临终之前,曾发出感叹,认为自己一辈子没见过水星是人生的一大憾事。虽然这个故事真假难辨,但足以描述水星的难得一见——尽管它并不暗淡,但它太靠近太阳,总被太阳的万丈光芒所掩盖。可想而知,如果有一颗行星比水星更靠近太阳,那它从未被人发现也是情有可原的。但是,数百年的搜寻至今一无所获,水星轨道内侧似乎并不存在任何足以与水星“匹敌”的未知行星。

  第二个区域是土星轨道的外侧。天文学家早就知道太阳系幅员辽阔,著名的哈雷彗星就常常游荡到遥远的地方。相比之下,当时已知的行星似乎全都挤在太阳的周围,实在是有点浪费空间。1781年,当时仍是一名风琴演奏者的威廉·赫歇耳(WilhelmHerschel)意外发现了天王星。这颗行星不仅让赫歇耳从此投身天文,也让天文学界为之一振——因为它还验证了一条太阳系行星分布的规律。

  这条规律引出了第三个可疑地带,也就是火星与木星轨道之间。1772年,德国数学家提丢斯(JohannTitius)发现,行星在太阳系中的位置分布其实有章可循。按照这条规律,火星和木星之间的空隙太大,中间似乎应该存在着未知行星。天王星发现后,它到太阳的距离竟然也符合提丢斯的规律,于是天文学家信心大增。1801年的头一天,意大利天文学家皮亚齐(GiuseppePiazzi)发现了谷神星,它到太阳的距离,与提丢斯的预言仅差1%!

  意想不到的事情还在后头——仅仅1年之后,智神星(Pallas)被发现;两年后,婚神星(Juno)被发现;又过了3年,灶神星(Vesta)也被发现了。短短6年间,4颗轨道相似的“行星”接连现身,让天文学家乱了方寸。说它们是行星吧,看看它们的个头,就算把4颗全加起来,质量也不到月亮的1/30,更别说与地球甚至木星相比了;说它们不是行星吧,明明它们就围绕着太阳公转,跟地球平起平坐,完全符合当时对行星的最基本要求。更何况,它们还与提丢斯的“行星”分布规律符合得很好,只是数量偏多了一些。

  此后的30年,太阳系又恢复了平静,没有新的天体跳出来刺激天文学家们的神经。虽然争论仍在继续,但谷神星、智神星、婚神星和灶神星等4颗小家伙已被当成行星,堂而皇之地写进了当时的天文学教材。加上天王星的发现,在19世纪的最初40年里,我们的太阳系最多曾拥有过11颗行星!

  这种情况并未持续多久。1845年之后,火星与土星轨道之间的小天体,突然又像雨后春笋一般层出不穷,短短几年就突破了30颗。到了19世纪50年代,天文学家终于认定,这些小家伙构成了一个全新的太阳系天体类别,并且将它们称为小行星(asteroid),而它们聚居的那片太阳系区域,也就是火星和木星之间,则被称为小行星带。谷神星、智神星、婚神星和灶神星不得不摘掉戴了近30年的行星头衔,归入了小行星的行列——这应该算是历史上最早的行星降级事件。

  这次降级并不是天文学家投票决定的,而是约定俗成的结果。虽然原本“人口简单”的太阳系,因为这么多小家伙的突然闯入而变得复杂起来,但小行星与传统行星之间至少百倍的质量差别,还是让它们泾渭分明。尽管如此,行星这个原本清晰的概念,却变得模棱两可——小行星到底算不算行星?它们和行星之间的界限究竟在哪里?这些问题从未有过明确的答案,或者说根本没有人考虑过这些问题,这就为日后的行星之争埋下了隐患。

  行星之争  迫在眉睫

  再回过头去看看第二个区域,既然土星之外有天王星,那天王星之外为什么不能存在其他行星呢?

  天王星的“怪异”行径,进一步加深了天文学家的怀疑:这颗当时距离太阳最远的行星,总是不肯规规矩矩地按照推算的轨道运行,仿佛有一股神秘力量正在“引诱”天王星——天文学家将它归因于一颗未知的行星。这一次,数学家们大显身手:利用牛顿的万有引力,英国人亚当斯(JohnCouch Adams)和法国人勒维里耶(Urbain LeVerrier)推算出了未知行星的轨道。1846年9月23日,德国天文学家加勒(JohannGottfriedGalle)只用了一个晚上,就在预定位置找到了那颗行星——这就是后来的海王星。

  天文学家很快发现,海王星的行踪也跟天王星一样诡异,不过这一次他们却欢欣鼓舞——有了海王星的成功先例,他们有信心利用这些蛛丝马迹,再揪出一颗未知行星。不过数学家的一次次预测和天文学家的一次次搜索,最后都以失败而告终。直到1930年,美国天文学家汤博(ClydeTombaugh)才艰难地找到了一个微弱的光点。它位于海王星以外,而且与一些预测符合得很好。后来,天文学家给它起了一个不太吉利的名字——冥王星。

  从冥王星被发现的那一天起,针对它的质疑就从没停过:它的个头不够大,还不到地球大小的1/5,不足以影响海王星的运行;它的轨道不够圆,有时可以跑到海王星轨道的内侧;它也不够合群,轨道平面与其他行星相差太大。总之,冥王星怎么看都不像一颗正统的行星。不过,作为当时在海王星外发现的唯一一颗太阳系天体(彗星除外),不论是天文界还是普通公众,都很乐意将它当作行星来看待。我们熟悉的太阳系“九大行星”的说法,就是这么流传开来的。

  颇为讽刺的是,天文学家后来才了解到,海王星看似诡异的行踪,并不是由未知天体的引力造成的,而是他们对海王星的质量作出了错误的估算——换句话说,那颗“未知天体”根本就是不存在的,数学家据此作出的预测也完全没有意义。冥王星只是在错误的时间闯入了天文学家预测的错误地点,才阴差阳错地被汤博收入囊中,跻身于行星行列。冥王星进一步缩短了行星与小天体之间的差别(将原来超过百倍的质量差别,缩减到了不足15倍),把行星的概念搅得更加含混不清了。

  早在冥王星刚被发现的时候,就有天文学家提出理论,认为海王星外存在大量小天体。到了20世纪80年代,这个理论已经非常成熟,那些假想的小天体构成了一条类似小行星带的区域,天文学家称之为柯伊伯带(Kuiperbelt),而冥王星正好身处于柯伊伯带中(注:可以运行到海王星轨道外侧的行星状天体,后来被统称为海外天体,柯伊伯带天体是其中的一个大类)。不过实质性的发现却姗姗来迟——直到1992年,第二颗柯伊伯带天体才被人发现,那时,冥王星已在“第九大行星”的位置上安坐了62年。

全文:http://www.sciam.com.cn/article.php?articleid=403
 
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