冥王星的復興

十多年前,這個遙遠世界的降級開啟了天文學上的潘多拉魔盒

來自新視野號探測器的冥王星北極區域增強色彩影像。

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本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點


編者注:此帖子已更新以反映更正。

許多人對十幾年前天文學家將冥王星降級為矮行星的舉動感到困惑。公眾的反應迅速且大多是負面的。學校的掛圖和模型被迫更改。太陽系行星的助記符必須縮短。一個深受喜愛的迪士尼角色受到了怠慢。天文學家通常感受到的公眾善意受到了考驗。

我在那裡。我不想說我是如何投票的,但我當時就在做出決定的房間裡。


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這個問題在20世紀90年代達到高潮,當時天文學家更多地瞭解了柯伊伯帶,這是一組從海王星軌道延伸到海王星與太陽距離三倍的岩石物體。 2005年,在那裡發現了厄里斯,其質量和大小與冥王星相似。未來,正在進行的調查可能會發現其他質量與冥王星一樣大的柯伊伯帶天體。

降級冥王星是有先例的。當喬瓦尼·皮亞齊在1801年發現穀神星時,它被譽為行星。但是,當在火星和木星軌道之間發現其他大型天體時,它們都——穀神星、智神星、婚神星和灶神星——都被從行星重新分類為小行星。由於其高度偏心、傾斜的軌道,冥王星一直很奇怪。它的質量比任何一顆類地行星都小,也比太陽系中的七顆衛星都小。

國際天文聯合會(IAU)於2006年8月在布拉格舉行了三年一次的會議。我這次旅行是為了聽關於超大質量黑洞和宇宙學的演講,但是研究行星的同事告訴我,在關於太陽系定義的會議上可能會有火花。我沒有失望。

會議在為期兩週的會議接近尾聲時舉行,許多與會者已經離開。辯論很激烈,語氣偶爾帶著尖刻。一項定義行星的決議,列出八顆行星,其中不包括冥王星,以多數票透過,儘管沒有計票。*

只有不到5%的國際天文聯合會成員投票,房間裡滿是像我這樣的天文學家,他們沒有行星科學方面的特殊專業知識(但另一方面,我們沒有任何利害關係,也沒有任何偏見)。新的國際天文聯合會規則說,行星必須滿足三個標準:它必須圍繞太陽執行,它必須足夠大以使重力使其變圓,並且它必須“清除”其軌道附近的區域。冥王星在第三個標準上絆倒了。

在投票和降級之後,天文學家之間的討論仍在繼續。約翰·霍普金斯大學舉辦了一場名為“偉大的行星辯論”的活動。行星科學家邁克·布朗寫了一本告別回憶錄,名為《我為什麼殺了冥王星以及它如何自找的》。系外行星因該定義而陷入了困境。使用一個排除在其他恆星周圍發現的數千個“世界”的定義似乎是任意且令人不快的。此外,新視野號任務在2016年近距離觀察了冥王星,並揭示它具有分層的大氣層、至少五顆衛星、一個地下海洋和地質活動跡象。在許多方面,它與火星一樣活躍和複雜。

目前的辯論集中在第三個標準上:行星必須清除其軌道中的物質。換句話說,在那個距離不應該有大小相當的物體。該規則很難一致地應用,因為它取決於形成過程的細節。行星科學家菲爾·梅茨格回顧了研究文獻,發現在過去的兩百年中,只有一次使用軌道清除來對行星進行分類。他談到國際天文聯合會的規則時說:“這是一個草率的定義。”

天文學家伊森·西格爾補充說,國際天文聯合會的定義過於重視行星的位置。例如,水星在木星的位置不會被定義為行星,但是一個比水星小得多的世界如果圍繞一顆紅矮星執行,就會成為一顆行星。任意和反覆無常的定義往往會使科學家感到惱火。(另一方面,加州大學洛杉磯分校的吉恩-呂克·馬戈特認為水星實際上會清除該距離的軌道,因此根據國際天文聯合會的定義,它將符合資格。)**

一個更簡單的策略是採用第二個標準:行星是任何引力足夠強以使其變圓的物體。選擇此定義將使冥王星重新加入行星的行列,但也為十幾個衛星和外太陽系天體敞開了大門。但是,在小的、塊狀的岩石和圓形的、地質上有趣的世界之間進行劃分是有意義的。我可以投票支援這一點。

*編者注(2019年7月17日):此句子在釋出後進行了編輯。它最初說有237票贊成降級冥王星,157票反對這樣做,僅有40票決定了結果。

**編者注(2019年7月17日):此段落經過編輯後添加了對馬戈特關於水星的立場的引用。

Chris Impey is an associate dean and a University Distinguished Professor at the University of Arizona. He does research on supermassive black holes and science literacy, and teaches two massive open online classes, or MOOCs.

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