冥王星的复兴

十多年前,这个遥远世界的降级开启了天文学上的潘多拉魔盒

来自新视野号探测器的冥王星北极区域增强色彩图像。

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本文发表在《大众科学》的前博客网络中,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


编者注:此帖子已更新以反映更正。

许多人对十几年前天文学家将冥王星降级为矮行星的举动感到困惑。公众的反应迅速且大多是负面的。学校的挂图和模型被迫更改。太阳系行星的助记符必须缩短。一个深受喜爱的迪士尼角色受到了怠慢。天文学家通常感受到的公众善意受到了考验。

我在那里。我不想说我是如何投票的,但我当时就在做出决定的房间里。


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这个问题在20世纪90年代达到高潮,当时天文学家更多地了解了柯伊伯带,这是一组从海王星轨道延伸到海王星与太阳距离三倍的岩石物体。 2005年,在那里发现了厄里斯,其质量和大小与冥王星相似。未来,正在进行的调查可能会发现其他质量与冥王星一样大的柯伊伯带天体。

降级冥王星是有先例的。当乔瓦尼·皮亚齐在1801年发现谷神星时,它被誉为行星。但是,当在火星和木星轨道之间发现其他大型天体时,它们都——谷神星、智神星、婚神星和灶神星——都被从行星重新分类为小行星。由于其高度偏心、倾斜的轨道,冥王星一直很奇怪。它的质量比任何一颗类地行星都小,也比太阳系中的七颗卫星都小。

国际天文联合会(IAU)于2006年8月在布拉格举行了三年一次的会议。我这次旅行是为了听关于超大质量黑洞和宇宙学的演讲,但是研究行星的同事告诉我,在关于太阳系定义的会议上可能会有火花。我没有失望。

会议在为期两周的会议接近尾声时举行,许多与会者已经离开。辩论很激烈,语气偶尔带着尖刻。一项定义行星的决议,列出八颗行星,其中不包括冥王星,以多数票通过,尽管没有计票。*

只有不到5%的国际天文联合会成员投票,房间里满是像我这样的天文学家,他们没有行星科学方面的特殊专业知识(但另一方面,我们没有任何利害关系,也没有任何偏见)。新的国际天文联合会规则说,行星必须满足三个标准:它必须围绕太阳运行,它必须足够大以使重力使其变圆,并且它必须“清除”其轨道附近的区域。冥王星在第三个标准上绊倒了。

在投票和降级之后,天文学家之间的讨论仍在继续。约翰·霍普金斯大学举办了一场名为“伟大的行星辩论”的活动。行星科学家迈克·布朗写了一本告别回忆录,名为《我为什么杀了冥王星以及它如何自找的》。系外行星因该定义而陷入了困境。使用一个排除在其他恒星周围发现的数千个“世界”的定义似乎是任意且令人不快的。此外,新视野号任务在2016年近距离观察了冥王星,并揭示它具有分层的大气层、至少五颗卫星、一个地下海洋和地质活动迹象。在许多方面,它与火星一样活跃和复杂。

目前的辩论集中在第三个标准上:行星必须清除其轨道中的物质。换句话说,在那个距离不应该有大小相当的物体。该规则很难一致地应用,因为它取决于形成过程的细节。行星科学家菲尔·梅茨格回顾了研究文献,发现在过去的两百年中,只有一次使用轨道清除来对行星进行分类。他谈到国际天文联合会的规则时说:“这是一个草率的定义。”

天文学家伊森·西格尔补充说,国际天文联合会的定义过于重视行星的位置。例如,水星在木星的位置不会被定义为行星,但是一个比水星小得多的世界如果围绕一颗红矮星运行,就会成为一颗行星。任意和反复无常的定义往往会使科学家感到恼火。(另一方面,加州大学洛杉矶分校的吉恩-吕克·马戈特认为水星实际上会清除该距离的轨道,因此根据国际天文联合会的定义,它将符合资格。)**

一个更简单的策略是采用第二个标准:行星是任何引力足够强以使其变圆的物体。选择此定义将使冥王星重新加入行星的行列,但也为十几个卫星和外太阳系天体敞开了大门。但是,在小的、块状的岩石和圆形的、地质上有趣的世界之间进行划分是有意义的。我可以投票支持这一点。

*编者注(2019年7月17日):此句子在发布后进行了编辑。它最初说有237票赞成降级冥王星,157票反对这样做,仅有40票决定了结果。

**编者注(2019年7月17日):此段落经过编辑后添加了对马戈特关于水星的立场的引用。

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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