2004年初,美國科學家也曾在距離地球129億公裏外,找到壹顆紅色小行星命名為“塞德娜”。當時,它被認為是太陽系的第十大行星。但是很多天文學家提出質疑,經過科學家的再三鑒定,最後認為它不夠資格。
目前認為,太陽系有九大行星,分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。也有科學家提出,其實冥王星到底算不算行星,都有壹些分歧
7月29日,美國加州理工學院的邁克·布朗等人宣布,他們在冥王星軌道之外發現了壹顆巨大的天體,按照他們的估計,這顆天體的體積可能達到冥王星的1.56倍。美國宇航局作為該研究項目的資助機構,在發布新聞時將這顆編號為2003UB313的天體稱為“第十大行星”。
我們都知道,我們所居住的地球是壹顆大行星,地球身旁的金星、火星也是大行星,並且可能已經有人告訴妳,現在天文學家已經在太陽系之外發現了大約160顆大行星,而且數目還在增加。但是請等壹等,有沒有人知道,什麽是“大行星”?
妳也許可以在詞典上查到“行星”這壹詞條的定義。比如《現代漢語規範詞典》:“環繞太陽運行的天體。本身不能發光,能反射太陽光。”但是,這個傳統意義上的定義顯然已經跟不上科學的進展:現在人們已經知道,有許多行星並不是環繞太陽運行的,而是環繞其他恒星運行的;任何溫度大於絕對零度的物體都會“發光”,包括所有傳統意義上的“行星”,只不過有些物體發出的是人眼所不能看到的電磁輻射。
實際上,現在沒有人知道什麽是“大行星”。因為世界上還沒有關於“大行星”這壹概念的統壹而完備的定義。布朗等人的發現及對2003UB313的稱謂立即在天文學界引起了巨大的爭論。這個發現迫使天文學家開始仔細思考,“行星”這個乍看起來再普通不過的名詞究竟意味著什麽。
天文學中並不存在“大行星”?
“新行星”的發現者布朗認為,他的團隊所發現的是壹顆文化意義上的大行星,是壹顆歷史意義上的大行星,但不是壹顆科學意義上的大行星。
這不難理解。當天文學家在1930年發現冥王星時,他們起初以為冥王星有火星那麽大,他們也尚不知道與冥王星軌道相近的天體還有許多,自然就把冥王星加入了大行星的行列。後來研究者才發現,原來冥王星處在壹個由許多天體組成的帶狀區域之中,這些天體以提出者的名字命名,被稱為“柯伊伯帶天體”。
冥王星其實是壹顆巨大的柯伊伯帶天體,只是由於歷史的原因才保留了雙重身份。在發現2003UB313之前,冥王星壹直都是已知的最大的柯伊伯帶天體。許多年前,壹些天文學家就開始提出免除冥王星的大行星地位,但並未得到國際天文學界的權威機構——國際天文學聯合會——的贊同。
去年,布朗的小組宣布他們在冥王星軌道之外發現了巨大的新天體“塞德娜”,立時再度激起了對冥王星地位的討論,但塞德娜畢竟比冥王星還小不少,所以就連布朗本人也未曾考慮把它列為“第十大行星”。
2003UB313比冥王星大出壹半,既然冥王星是大行星,那麽比這顆大行星還大的天體難道不應該被稱為“大行星”嗎?從另壹個角度來看,早在現代科學誕生之前,“大行星”這壹名詞就已經出現在希臘語中了。在希臘語中,“大行星”就是天空中的遊移天體。國際天文學聯合會至今沒有給“大行星”下完整的定義,這也就意味著從科學上其實無法判斷太陽系的天體中哪些是大行星,所以“大行星”就只能是歷史和文化上的概念。
“大行星”不等於“大塊頭”
在1995年之前,“大行星”的界定還不是壹個很突出的問題,因為在那之前,天文學家還沒有在其他恒星周圍發現行星。但是現在,他們已經在太陽系之外發現了大量的“外星行星”。與太陽系中的大行星相比,外星行星中存在許多另類分子,它們的出現開始讓天文學家重新審視“大行星”這個古老的概念。
在界定“大行星”上,目前天文學家較為壹致的壹個觀點是,質量大於13.6倍木星質量的天體不能被稱為大行星。因為壹個天體的質量壹旦超過這個界線,它的內部就會開始發生核聚變——內部發生核聚變的天體當然不再是行星了。
這是大行星的質量上限,但目前還沒有意見統壹的質量下限。有的天文學家主張把冥王星的質量作為質量下限,也有天文學家認為應該把“天體能夠在自身引力下呈球形”作為下限。
然而,事情還不僅僅是缺少壹個質量下限這麽簡單。
天文學家在考慮壹個天體是否為大行星的時候,還時常考慮另壹個問題:這個天體是怎麽形成的?現在已經發現壹些外星行星的形成過程與太陽系大行星的形成過程非常不同。那些行星的形成過程可能與恒星更為相似,雖然它們的體重與恒星還相差甚遠。壹部分天文學家認為,這種形成過程與恒星相似的天體不應該被歸為大行星。
除此之外,天文學家可能還得考慮大行星的“生存環境”。
現在已經發現,壹些行星質量的天體圍繞壹種比恒星質量小的天體運行,這些中心天體不是行星,因為它們的內部存在核聚變,但也不是恒星,因為它們的核聚變是不穩定的。那麽這種既不圍繞太陽也不圍繞其他恒星運行的行星質量的天體該不該被稱為大行星呢?天文學家還曾在中子星身旁發現行星質量的天體,它們又是否該加入大行星的行列?從歷史上的發現看,中子星身旁的行星質量天體沒有被歸為大行星。
更有甚者,英國有天文學家在星雲中發現了“自由飄浮”的行星,這些行星質量的天體並不圍繞任何其他天體運行——它們僅僅在星雲中漫無目的地遊蕩。或許它們曾經圍繞恒星運行,但現在不了。那麽它們是否屬於大行星呢?如果它們不是大行星的話,又是什麽呢?
在太陽系中,判斷壹個天體是否為大行星,天文學家可能還會考慮其他壹些問題。比如,它的軌道面與“九大行星”的平均軌道面的交角是否太大了,或者這個天體是否屬於小行星帶或者柯伊伯帶的壹員?
這些情況都在表明,“大行星”的界定絕不僅僅是壹個體重的問題。雖然什麽樣的天體是大行星,完全是人為劃定的,但想要得到壹個滿意的標準並不像看上去的那樣輕松。
激辯“第十大行星”
實際上,按照壹些天文學家的看法,太陽系有20多顆大行星。美國加州大學伯克利分校的天文學教授基博·巴斯瑞是這壹主張的代表人物。他把與界定“行星”有關的天體分為三種:聚變星、行質天體和大行星。聚變星是壹生中自身可以發生核聚變的天體;行質天體是球形的非聚變星;大行星是圍繞聚變星運轉的行質天體。其中,聚變星和行質天體都是他自創的概念。於是,情況變成了這個樣子:大於13.6倍木星質量的天體就是聚變星,因為在它們的中心發生了核聚變反應;月球是行質天體,但不是大行星,因為它不圍繞聚變星運轉;壹顆脫離了太陽系的“自由漂浮的”地球是壹顆行質天體,不是大行星。
這種方案看上去能夠很好地解決目前的混亂狀況。按照這種方案,新近發現的“新行星”的確是大行星,包括某些小行星也會擁有大行星資格,太陽系中有20多顆大行星。
現在有越來越多的天文學家受到巴斯瑞的分類法的影響,但想讓這個方案獲得廣泛的推行顯然還有很大困難。“假如天文學家突然說‘我們剛剛決定,事實上,太陽系有23顆大行星,我們現在打算讓妳們知道’,那麽很多人並不會高興。”布朗說。
從1999年開始,國際天文學聯合會就組織了壹批天文學家討論界定“大行星”的問題。在“第十大行星”發出的催促下,該小組近來交流頻繁,希望能夠拿出壹個界定“大行星”的初步方案。
小組成員艾倫·斯坦恩提出了壹個定義,大致可以表述如下:大行星是圍繞恒星運行,在自身引力作用下呈球形,並且質量沒有大到中心會發生核聚變的天體。同時斯坦恩還提出了“矮行星”的說法,這種天體的質量比大行星小,相當於傳統說法中的“小行星”。按照斯坦恩的理解,此次發現的“新行星”自然也是壹顆大行星。
但也有壹些天文學家不打算把“新行星”算作傳統意義上的大行星,比如華盛頓卡內基研究所的行星形成專家艾倫·博斯就把這個新天體稱為“柯伊伯帶行星”,而夏威夷大學的著名行星科學家大衛·朱伊特則把新天體看作壹個大個頭的柯伊伯帶天體。
國際天文學聯合會界定“大行星”工作組的另壹名成員布裏安·馬斯登也有不同的喜好。他認為也許讓太陽系的大行星數量回歸到“8”是壹個更好的選擇,只有當新發現的天體大於火星乃至地球的時候才把新天體列為大行星。所以,在馬斯登看來,“新行星”並不具備行星資格。
實際上,天文學家現在的確認為,在遙遠的太陽系邊緣仍然存在體積巨大的未知天體,有可能會有火星,甚至地球這樣大的柯伊伯帶天體。斯坦恩就是這樣認為的。他所主持的“新地平線”探測計劃有可能在未來派探測器飛往冥王星,並探索冥王星之外太陽系最後的秘境。
布朗從文化的角度出發,還提出了壹種選擇:到冥王星為止,不再增加新的太陽系大行星,也就是說太陽系永遠只有九大行星。“冥王星是壹顆‘大行星’,因為文化說它是。”他說。
最終的界定方案可能會在壹年後得到。明年8月份,國際天文學聯合會大會將對天文學家們提出的劃分方案進行討論和表決。也許到那個時候我們才會知道現代科學究竟賦予了“大行星”這個古老的詞匯壹個什麽樣的含義。世界上所有的科學教科書、科學讀物也有可能從此改變它們對太陽系大行星的表述。