冥王星引发的思考

冥王星引发的思考 IAU投票界定行星摘 要：2006年8月24日，国际天文学2500位天文学代表对四个关于确定太阳系行星身份的草案进行投票表决后决定，冥王星失去“行星”地位，被划为“矮行星”，太阳系由原来的九大行星变为只有八个行星。冥王星在许多方面都与其它八大行星迥然不同，冥王星的大小、轨道等特点与太阳系其它行星有明显差异已是众所周知的客观事实，冥王星因一次巧合而被发现，也因这次巧合成为第九大行星，然而巧合终究是巧合，太阳系中特点与冥王星类似的天体不在少数，越来越多的天文观测证据威胁着冥王星行星的地位。关键词：国际天文联合会（IAU）、冥王星、行星、矮行星、柯伊伯带1.引言在2006年8月24日当地时间下午2点（北京时间晚上9点30分）于捷克首都布拉格会议中心举行的第26届国际天文学联合会第26届代表大会上，来自不同国家的近500名正式代表，以举手表决的方式通过了执委会提出的关于太阳系行星定义的决议。该决议第一次明确提出了太阳系天体的分类规则，冥王星失去“行星”地位，被划为“矮行星”。这意味着，太阳系将只有八个行星。一直以来行星被简单地描述为太空中绕恒星运动的天体，而没有一个被普遍承认的行星定义。近年来天文学家在太阳系外层空间发现许多绕日运行的大型天体之后，国际天文学联合会认为对行星一词进行科学定义势在必行，他们提出了四个关于确定太阳系行星身份的表决草案：草案一行星必须要符合三个条件：该天体要绕者太阳公转；有足够大的质量，要能够依靠自身的重力作用，通过流体静力学平衡，使自身形状达到近似球形；该天体在公转区域中起着支配性的作用，不受轨道上相邻天体的干扰。按照该方案，金星、土星、木星、水星、地球、火星、天王星、海王星为太阳系八行星。矮行星须具备四个条件：该天体要绕着太阳公转；有足够大的质量，要能够依靠自身的重力作用，通过流体静力学平衡，使自身形状达到近似球形；该天体在公转区域中不具备支配性的作用，受轨道上相邻天体的干扰；该天体不是卫星。据此，冥王星、谷神星、卡戎星和2003UB313（齐娜星）将被归入矮行星行列。国际天文学联合会将建立一个程序对接近矮行星和其他分类边界的天体进行评估。除此其他所有的围绕太阳公转的天体均称为“太阳系小天体”，比如彗星和小行星。草案二确定“经典行星”将草案一中的“行星”改为“经典行星”，其他各项相同。按照该方案，金星、土星、木星、水星、地球、火星、天王星、海王星为太阳系八个经典行星。草案三确定新天体在草案一和草案二将冥王星定义为一种矮行星的基础上，将其认定为新一类海外天体的原型。草案四确定新天体名称在草案三基础上，将该天体原型称为“类冥王星天体”。最终的表决结果是，一号草案以明显的优势获得通过，这一决议通过并生效后，金星、土星、水星、地球、火星、天王星和海王星成为太阳系八行星，而冥王星与谷神星、卡戎星和2003UB313（齐娜星）一起，被归入矮行星，无缘行星行列。此外，三号决议草案以微弱优势获得通过。该草案中，冥王星在被定义为矮行星的基础上，又被认定为新一类海外天体的原型。这在一定意义上也是对冥王星地位的一种承认，它成为这类新称号天体的代表。二号和四号决议草案被否决未获通过。回顾历史，我们看到，1999年，国际天文学联合会确认冥王星的大行星地位，否定了冥王星是彗星的说法，不仅因为冥王星比已知的彗星都大，而且冥王星还有已知的彗星都没有的东西卫星。但是到了2005年，在“库伊伯带”发现一个比冥王星还大、并且也有卫星的天体的消息泄露出去后，冥王星又有了麻烦。这颗直径大约2400公里、绰号“齐娜”的冰球成了冥王星行星地位的终结者。究竟冥王星有什么特殊之处，才让它成为人们如此关注的对象呢？2.冥王星2以下资料指的是原来的冥王星，现在已失去名字，定义小行星序列号：134340冥王星在太阳系九大行星中是最晚被发现的。20世纪初，美国天文学家洛韦尔（18551916）发现，天王星的非正常运行无法以海王星的运动影响来解释，因此他就决定寻找影响天王星运行的原因，结果他推算出在海王星之外还应有一颗行星，可是一直到1916年他去世也没有发现这颗行星。这个基于天王星与海王星的运行研究断言即“在海王星后还有一颗行星”后来被发现计算错误。然而，1930年1月，洛韦尔天文台的青年天文学家汤博（19061997）由于不知道这个错误，对太阳系进行了一次非常仔细的观察，然而正因为这样，发现了冥王星。冥王星轨道与黄道面夹角为17.14，其公转周期为248个地球年，从发现至今，它在轨道上只走了约1/4圈，冥王星质量约为月球的1/6，是地球的1/300。据科学家们称，从表面看来，冥王星可能由冰块或山岩构成。冥王星还有非常稀薄的大气层，其中含有甲烷、氩、氖等气体。其表面压力约为地球表面气压的1/7000。冥王星由于距离太阳太远，冬季冥王星表面温度可达3050K，其表面的天气变化异常复杂，冥王星会定期发生大气“消失”现象，冬季它的大气层凝结成雪花飘荡在冥王星表面，而夏季到来后大气重新复原。根据冥王星具有周期性亮度变化，天文学家在1793年测定了它的自转周期为6天9时17分。1978年7月，美国海军天文台的克里斯蒂在研究冥王星照片时，发现冥王星上有个隆起，于是他把1970年以来所有的冥王星照片统统找出来研究，发现这个隆起在有规律地围着冥王星的卫星。于是，应用开普勒定律人们可以算出冥王星的质量，它的质量为1.431025克，冥王星的卫星被命名为“卡戎”（Charon），意为专门把亡灵渡过冥河进入冥河的艄公，卡戎距冥王星约19000千米，它的公转周期与冥王星的自转周期一样。1980年6月，天文学家通过天文望远镜，利用光斑干涉测量的新技术，得出冥王星的直径约为2400千米，比水星小约一半，冥王星的卫星的直径约为1200千米。冥王星由于远离太阳，所以它表面温度很低，它是一颗冰冻（甲烷冰）的星体，它表面的平均温度为-233，比绝对零度才高出40。冥王星和地球一样有非常明显的季节变化，1988年，冥王星遮住了一颗明亮的恒星，天文学家们巧妙地抓住这个难得的机会，发现冥王星也有一个大气层，其表面大气压仅有地球上的1/105；尽管如此，我们仍能观察到天气变化、风、雾、化学变化甚至电离层。冥王星很小，直径只有2400多千米，比月亮还小1/3，所以它产生的引力也很弱，根本“抓”不住它的外层大气，以致这些气体极快地向外层空间逃逸出去，就好像一颗典型的彗星一样。冥王星的公转轨道很扁，它的近日点只有44亿千米，而它的远日点为74亿千米，两者相差竟达30亿千米，随着冥王星离太阳越来越远，它的大气就会冻结，凝成氮霜落到表面；由近日点经过约半个冥王星年（一个冥王星年约为248个地球年）左右，冥王星就到了远日点，到达远日点时冥王星距离太阳约有50个日地平均距离。冥王星在许多方面都与其它八大行星迥然不同。太阳系的外行星都是气体巨行星，其中木星、土星、天王星和海王星的质量分别是地球质量的318、95、14.5和17.2倍，惟独冥王星是质量不及地球百分之一的固体行星。冥王星的轨道也与其他行星大相径庭，不仅轨道倾角大、偏心率高，而且还与海王星的轨道相交，这在九大行星中是独一无二的。3.重新定义“行星”的原因1查阅国内权威的工具书现代汉语词典（2005年版），找到行星词条，赫然写着：“沿不同的椭圆形轨道绕环绕太阳运行的天体，本身不发光，只能反射太阳光。”根据最近几年的天文发现，这个传统意义上的定义显然已落伍了。因为有许多行星并不是环绕太阳运行的，而是环绕其他恒星运行的；而且任何温度大于绝对零度的物体都会“发光”发出电磁辐射，包括所有传统意义上的九大行星以及彗星、小行星。科学家把海王星轨道以外的很大的空间区域称为柯伊伯带，该名称起源于1951年美籍荷兰天文学家柯伊伯提出的一种太阳系结构假说。1992年发现了第一个柯伊伯带天体，迄今已经发现了800多颗柯伊伯带天体（这数字不包括冥王星和卡戎），其中有43颗直径大于400千米，有9颗直径在1000千米左右，这一类天体统称为柯伊伯带天体。而冥王星只是柯伊伯带天体中的一员，而且是比较大的一颗。在20世纪90年代，随着科学技术的发展和“哈勃”等太空望远镜的使用，天文学家在太阳系边缘先后发现一些较大的天体，其体积与冥王星相当甚至还要大。包括2002年的侉奥尔和2004年的塞德娜（直径约为1500千米左右），以及2003年美国天文学家布朗等发现的2003UB313（曾昵称齐娜）直径达2400千米，比冥王星大100多千米，是冥王星发现以来最大的太阳系小天体。结果，它们都未获得行星的资格，因此，冥王星的第九大行星的地位愈发显得名不正，言不顺。关于这些天体是否应被当作太阳系行星，天文学家看法不一，产生了激烈的争论。例如，“多星派”认为太阳系不仅有九大行星，而是有10大，12大，24大，或者更多。“八星派”认为，当初把冥王星列为太阳系第九大行星就是个错误，太阳系应该只有八大行星。而“九星派”则提出“行星”既有科学定义，也有文化内涵。太阳系应该维持九大行星的体系，今后发现的太阳系天体可以给予新的名称和定位。人们在争论中注意到一个事实，长期以来行星被简单地描述为太空中绕恒星运动的天体，而没有一个被普遍承认的行星定义。尤其是近年来在太阳系边疆发现许多绕日运行的较大天体之后，国际天文联合会认为对“行星”一词进行科学定义势在必行。在十年前，关于“行星”的界定问题并不很突出，因为那时天文学家还没有在其他恒星周围发现行星，一般称为“系外行星”。现在人们已经在太阳系之外发现了上百颗系外行星。“系外行星”中有已经形成的，有正在形成的，还有的围绕恒星演化末期的中子星旋转。近年来，随着天文观测手段、仪器的日益先进，天文学家在太阳系海王星以外区域先后发现一些较大的天体，有的天体的大小甚至超过了冥王星。这更给传统的行星定义带来巨大的冲击，使天文学家不得不重新讨论“行星”这个传统的概念。当一系列发现暗示在柯伊伯带拥有更多类似冥王星的天体后，许多天文学家要求国际天文学界的权威IAU对行星作出明确定义。为此，IAU专门成立了一个行星定义委员会，由7名天文学家、作家和历史学家组成。委员会经过两年多的讨论，对候选行星进行了整理和归类，就行星定义问题向26届IAU大会提交了决议草案。26届大会决定，在经代表们讨论后于2006年8月24日大会闭幕式前进行表决。而冥王星的大小、轨道等特点与太阳系其他行星有明显差异是众所周知的客观事实，尤其最近十年的天文观测发现，太阳系中特点与冥王星类似的天体不在少数，对于这些天体的归类问题迟早都会出现。将冥王星及太阳系中的类似天体列为“矮行星”的决定是合情合理的。4.结论从这次国际天文学联合会（IAU）作出“冥王星失去“行星”地位，被划为“矮行星”，太阳系由原来的九大行星变为只有八个行星”这一决议可以看出，人类对宇宙的认识是一个循序渐进的过程，随着观测手段和观测仪器的不断更新，人们对太阳系的认识将有更大的进步，对太阳系天体的知识量也将大大增加，此次划分了太阳系的“行星”、“矮行星”和“太阳系小天体”，重新界定了行星的界定标准，这中间包含着不断探索创新的科学精神，这部仅仅是天文史上的一页新的篇章，对天文学界意义重大，而且会对社会产生重要的影响，关系到未来的天文科普工作和天文学教科书以及词典的编写等。于此同时，我从中也更深刻的理解了科学发展的曲折性，科学研究是一个在争论中不断发展、不断深入的过程，有的争论会由于新的证据的出现而得到解决，从而有了定论，但是也有的已经被认为是有定论的问题却由于新的证据的出现而再度引发争论。我们应该牢记，科学结论不是僵化了的教条，要抱着开放的态度，随时接受新的科学事实和科学理论，对于宇宙的探索更是需要一种创新的意识和勇气，正如300多年前伽利略曾说过的：“宇宙是一本充满