冥王星爱好者们,不要绝望:研究人员并没有放弃为这颗前第九大行星而战。两年前,当国际天文学联合会(IAU)将冥王星降级为仅仅是矮行星的地位时,他们中的许多人提出了抗议。现在他们计划重燃这场辩论,这次是以公众理解科学的名义。
这个问题双方的研究人员定于八月在马里兰州劳雷尔市的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室聚集,参加一个名为“伟大的行星辩论:科学的过程”的会议。会议的共同组织者,图森市行星科学研究所所长马克·赛克斯说,目标是教导公众科学是一个不断修订和完善的过程。“人们应该接触到这个过程,”他说。“国际天文学联合会的过程给人一种印象,即科学是由一群科学家在闭门会议中投票完成的。”
即将举行的会议的日程安排包括对当前国际天文学联合会行星定义(一个清除了其轨道上的竞争者的圆形天体)以及赛克斯等研究人员更喜欢的早期版本的连续演讲。议程上还列出了关于教师“挑战和机遇”的讲座,欢迎教师参加。“过去几年来的问题之一,”赛克斯说,“一直是教师们对该教什么感到困惑”
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对国际天文学联合会决定的持续抵制激怒了一些研究人员。“我认为反对它比任何事情都更损害我们的声誉,”科罗拉多州博尔德市西南研究所的行星科学家哈罗德·莱维森说。他说,他同意国际天文学联合会的结论,但他补充说,他更希望看到行星分为两类:主要的和次要的。国际天文学联合会可能仍然会在计划于明年举行的会议上重新审视这个问题。
尽管存在分歧,教科书出版商似乎正在从容应对冥王星的降级。《大众科学》网站联系到的一些出版商表示,他们预料到了这种情况。教科书合著者,美国宇航局艾姆斯研究中心(位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德)的行星科学家达纳·巴克曼说,在2006年8月的国际天文学联合会会议之前撰写的《天文学视角》(第一版,2007年)的早期草稿中,就已将冥王星排除在太阳系行星地图之外。
“国际天文学联合会的决定表达了我们已经相信的,并且已经写在纸上的内容,”巴克曼说。他通过电子邮件提供了一个已出版的第一章的摘录,其中简要叙述了冥王星的降级,但没有将其描述为有争议的。
《行星科学》(第一版,2001年)将冥王星列为行星之一,但根据巴克曼的艾姆斯研究中心同事杰克·利绍尔(该书的合著者,他与合著者伊姆克·德·帕特尔一起获得了美国天文学会2007年钱布利斯天文写作奖)的说法,在将于2009年出版的第二版中,冥王星将被排除在外。
冥王星一直以来都与其他行星不同。它大约是月球质量的五分之一,是构成海王星轨道之外柯伊伯带的冰冷天体中最大的一个。与四个内部(类地)行星不同,它最多只有稀薄的大气层。
外面的四个类木行星质量巨大且呈气态。它们都不像以前的第九大行星,第九大行星还具有明显的偏心或椭圆轨道,该轨道与海王星的轨道交叉。“当你看到像那样(偏心率)的图时,那里有八颗行星,”莱维森说。“它会突然跳出来,咬你一口。”
然后在2003年,天文学家发现了一颗第十大“行星”,厄里斯,它取代了冥王星成为柯伊伯带中最大的天体。莱维森指出,这一发现引发了发现更多可能也被认为是行星的天体的幽灵。(可怜了那些被迫学习越来越复杂的助记符的小学生。)因此,在两年前的夏天,国际天文学联合会在布拉格召开了一次会议,以确定行星的第一个正式定义。
国际天文学联合会任命的工作组最初提议主要根据其圆度来定义行星。这将不仅包括冥王星和厄里斯,还包括冥王星的卫星卡戎和谷神星,谷神星是火星和木星之间的小行星带中最大的小行星。
经过一场广为人知的辩论,工作组修改了定义,要求圆形天体还必须清除其轨道区域的竞争者,而这四个天体都没有做到。国际天文学联合会投票者点头同意,并将上述群体(卡戎除外)重新分类为“矮行星”。
并非所有人都认同。例如,参与美国宇航局“新视野”号冥王星和柯伊伯带任务(于2006年发射)的研究人员突然发现自己正在研究一颗矮行星而不是一颗真正的行星。大约300名行星科学家签署了一份请愿书,抗议国际天文学联合会的定义,并呼吁制定一个新的定义。
那些拒绝矮行星标签的人指出,国际天文学联合会的定义仍然需要科学专业知识来解释。例如,海王星并没有阻止冥王星穿越其轨道,木星的轨道也并非完全清除了瓦砾——它包含数以百计的岩石,被称为特洛伊小行星,尽管它们被气体巨星的引力锁定在两个团块中。
利绍尔说,他和他的教科书合著者限制了矮行星这个术语的使用,正是因为这些注意事项。“我们没有说明国际天文学联合会关于圆形和清除其区域的定义,”他说,“因为我们怀疑,如果在100天文单位[天文单位]处发现一个水星质量的天体,即使它没有清除其区域,它也会被接受为行星。”(一百天文单位约为90亿英里,或150亿公里。)
在最近一期的《科学》杂志上,赛克斯论证了圆形天体定义的理由。他说,一个质量足够大的天体会在自身重力作用下沉降成球形。当这种情况发生时,他说,密度较大的物质会向核心移动,地质过程也会启动,包括火山活动、板块构造和侵蚀。
赛克斯说,圆形天体定义为行星科学家提供了一个有用的指南,用于选择太阳系中可以揭示地球上过程的天体,赛克斯是美国宇航局“黎明号”任务的科学团队成员,该任务旨在探测矮行星谷神星和小行星带中最大的两个成员灶神星。“当您研究不同天体的不同属性时,”他说,“您是在说,这些事物是如何相关的?国际天文学联合会组织事物的方式绝对没有提供任何见解。”
亚利桑那大学图森分校斯图尔特天文台的副研究员和高级讲师埃德·普拉瑟说,这种说法与课堂上的证据不符,他向非科学专业的学生讲授天文学101课程。
普拉瑟说,即使在布拉格会议之前,他在课堂上也教导学生根据小行星和柯伊伯带天体的形成方式来区分它们与八大行星:早期太阳周围的原行星盘中密度较大的物质会聚集得更近,从而形成类地行星,而气体则会漂浮得更远,形成类木(气体巨星)行星。
他说,他经常就这场争议对他的班级进行民意调查,通常,大约70%的学生最终认为:“是的,它没有理由成为行星。它只是一块坐在更远地方的岩石。”他指出,将行星定义为圆形天体会产生自身的问题,因为它不会自动区分行星和卫星。
无论他们接受还是拒绝冥王星的降级,研究人员都表示,他们担心公众对科学过程的理解。“科学不是关于组织向大众提供真理,”赛克斯说。“科学更有趣。它更混乱,”他说。
正是这种混乱让普拉瑟感到担忧:“我认为这应该是科学家之间的一个重要讨论,而不是教育工作者或公众之间的讨论。”他说,否则,公众可能会认为科学家是根据个人感受和历史惯例而不是严谨的过程来做出决定的。他说,一旦这种情况发生,“我们就失职了。”