1930年，天文学家在太阳系内发现了第一个超越海王星的新世界——冥王星（pluto）。过去，有许多人在最初接触天文学知识时，都被告知冥王星是太阳系的九大行星中离太阳最远、最孤单的那颗，想必它也因此成为许多人心中最爱的那颗行星。
○ 当我们将太阳系中已知的天体依次排序时，四个靠近内部的岩石世界和四个靠近外部的巨型气体世界脱颖而出。| 图片来源：NASA's The Space Place
然而，在76年后，天文学家却决定将冥王星踢出行星行列。它与谷神星（Ceres）和柯伊伯带（Kuiper belt）上其他一些天体的命运一样，都被编入矮行星的行列，太阳系的行星数量因此回落到了八个。
但到了2017年，一个科学家团队提出了对行星新增的一个新定义[1]，这一举措或许将把冥王星重新拉回到行星行列。Alan Stern 和 David Grinspoon 在一本关于新视野号任务和“行星”冥王星的新书中支持了这一定义。
○ Clyde Tombaugh 在1930年发现冥王星的原始图像。| 图片来源：Lowell Observatory Archives
回到2006年，当时的国际天文学联合会（IAU）做了一件从未有人做过的事，他们要对天文学中最古老的术语之一——行星——进行科学定义。这是因为科学家在柯伊伯带以及更遥远的地方发现了越来越多的海王星外天体，再加上一些其他的原因，使其原来不胜明确的定义受到抨击。
在那些新发现的天体中，有一些比冥王星还大，还有一些则是在太阳系之外的其它恒星周围被发现的。而接踵而来的问题便是，所有这些新发现的天体都是行星吗？还是只有部分是？或是一个都不是？那冥王星是吗？IAU提出的定义似乎引发了许多的争议，很快就被证明它们并不充足。
○ 图中显示了大型海王星外天体的相对大小、颜色和反射率。2015 RR245与Varuna的大小大致相同。如果冥王星是一颗行星，那么这些天体以及其他约100多个天体也将同样如此。| 图片来源：Wikimedia Commons users Eurocommuter, Chesnok and Lasunncty
IAU在2006年给出的行星定义有三点：
1. 行星必须具有足够大的质量来克服固体应力以达到流体静力平衡的形状（近于球形）；
2. 行星的必须绕着太阳运动，而非其他物体：即地球是行星，但月球却不是。
3. 最后，它必须清除其轨道上的其他天体，这意味着在相同的轨道上不能有其他相对较大的天体：即火星是一颗行星，但小行星和柯伊伯带上的天体则都不是。
因此，根据这个定义，由于冥王星还未清空其轨道附近的区域而被降级为矮行星。
○ 太阳系中的八大行星和几颗“矮行星”。放弃“清除轨道”这一要求将会让柯伊伯带和奥尔特云上的大量天体、以及潜在的许多卫星和一些小行星都被视作行星。| 图片来源：NASA
对于研究太阳系的天文学家而言，这并没有什么问题。对于天文学而言，这八颗行星具有与其他所有星球都不同的特征。它们由一个相似的、且相同的形成历史联系在一起；它们对太阳和太阳系中其他天体的运动影响，比其他任何天体都更加显著；它们会反射更多的阳光；从引力角度看，它们在太阳系中占引力的主要部分。从许多角度来看，八大行星似乎就是适当的数字。
但是，有另外三个不同的群体对这一定义非常不满，他们分别是系外行星天文学家、星系天文学家和行星科学家。
系外行星天文学家有一个非常具有说服力的论点。为什么非得是绕着我们自己的恒星——太阳——公转的天体，才可以被归类为行星，而绕着其他恒星的天体却不能？这看起来是2006年的一个巨大疏漏，那时，距离我们发现系外行星已有十多年了。事后给出的理由是，无法确定一颗离我们那么遥远的行星是否已经清除了运行轨道。这一理由在2006年或许还能说得过去，但在9年后，加州大学洛杉矶分校的 Jean-Luc Margot 教授设计了一个通用的行星测试，天文学家可以不需要借助任何太空飞船就能定义某天体是否是行星！他们能遵循的只是以下三个简洁易测的参数：
1. 行星的质量；
2. 行星绕母星公转的距离和周期；
3. 行星系统的寿命。
通过这三点，就能以优于99%的精确度来判断一个天体是否满足IAU对行星所设立的三个标准。
很显然，太阳系中的八大行星都符合，而小行星以及柯伊伯带上的天体就不符合。有趣的是，如果绕太阳公转的只有月球，而不是地-月系统，那么月球将刚好在行星与非行星之间的边界上徘徊。
但是，这时星系天文学家又站出来抗议了，因为星系中还存在着一些流浪行星呢。对于那些自诞生之时就没有母星、或出于某种原因而被“驱逐”出太阳系，从而根本没有母星可绕之公转的天体，它们就不是行星了吗？
○ 有着各种各样奇异起源的流浪行星。| 图片来源：Christine Pulliam / David Aguilar / CfA
这是一个棘手的问题，因为从某些层面上看，天文学就像房地产一样——几乎位置就是一切。假如水星位于木星的距离上，它就永远不能清除它的轨道，因此也就不能获得行星的“头衔”。如果地球出现在奥尔特云的某处，那地球也无法被称为一颗行星。然而，这么多非行星世界都被我们称之为加着前缀的“行星”，比如矮行星、流浪行星和系外行星。在早期阶段，我们还有原行星和星子。但是，在某种程度上，难道它们都不是行星了吗？
○ 图中显示了大小在10,000公里以下的天体包含了2颗行星、18或19颗卫星、1或2颗小行星，以及87颗海王星外天体，其中大部分还没有名字。| 图片来源：Emily Lakdawalla
一些行星科学家将这一论点推至极端。他们认为位置应被忽略，并且如果你是一个大到足以使自己维持在流体静力学平衡状态的天体，那么恭喜你——你就是一颗行星。正如在上图中所看到的，这意味着假如我们观测太阳系中直径在10,000公里以下的天体，发现的行星就不止两颗（即火星和水星），而是109颗。在这种情况下，随着我们今后在柯伊伯带、或奥尔特云处发现越来越多的天体，行星的数量将还会进一步地飙升——或许会是成千上万。
○ 2015 RR245的运行轨道与几个气体巨星以及其他已知的柯伊伯带上的天体相比。可以看出，与柯伊伯带中的其他天体相比，冥王星显得无足轻重。| 图片来源：Alex Parker and the OSSOS team
我承认，他们提出的观点在某些方面是有其优点的。当我们谈论一个天体的地质、大气和地球物理学属性时，实际上我们就是将它们都看作行星，并且将对这些世界进行的研究称为行星科学。当我们谈论这些世界的氧气含量、地壳、组成、或可居住可能性时，我们毫无疑问地称这些可测量的量为“行星属性”。仅在冥王星上，我们就知道它有云层、天气、雪、山脉、山谷、地质层、甚至还可能有地下海洋；它有五个卫星；它绕自己的轴自转；它有白天和黑夜、还有季节。如果忽略它的天文位置，那它就是一个彻头彻尾的行星。
○ 色彩增强过的冥王星和冥卫一图片。冥王星结冰的地表只是故事的一部分；冰面下方的深处隐藏着次表层海洋。| 图片来源：NASA/JHUAPL/SwRI
但是，另一方面，我们必须忽视所有将冥王星视为行星的天文学。这才是我们需要问的问题：一个物体在太阳系中的位置能否决定它是不是行星？是不是只有天体本身的内在属性才重要？我们是否应该完全忽略行星与太阳系、恒星、它们的形成、以及引力之间的联系？
有人说，如果不将冥王星，或小行星、彗星、卫星等称为“行星”，我们对它们的兴趣就会减少。我并不赞同这种论调。地球物理学的定义与天文学定义一样含有许多模棱两可之处：如果土星失去了它的气体，那剩下的圆形核心仍是一颗行星吗？
一个简单的事实是，当冥王星最初被发现时，对它的分类就是错误的；它与其他八个行星从来不在相同的地位。2006年IAU采取的举措是一次不完备的修复尝试。但 Kirby Runyon 和 Alan Stern 等人现在所采取的举措则是朝着相反的方向：它迈向了更混乱、更大的错误，这会让一个定义变得毫无意义。
有人想要不顾一切地保住冥王星的行星地位，为此他们宁愿给每颗大到足够呈圆形的卫星、小行星和冰球，都赐予行星的标签。还有一部分人，认为只要这个天体的质量够大就可以称为一颗行星。但还有一部分人认为（包括我），一个天体在宇宙中的位置与它是什么密不可分。宇宙中没有什么东西是存在于真空之中的，无论它是行星、卫星、小行星、彗星、柯伊伯带的天体、还是奥尔特云的天体，它所处的位置决定了它大部分的属性。如果有人想忽略所有的这些，并宣称——“圆形就意味着是行星”，我认为是不可行的。与大多数事物一样，在行星身份问题上，完整的科学故事要更有趣得多。
文：Ethan Siegel
译：不二北斗
参考链接：
[1]https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2017/pdf/1448.pdf
发表于 2018-5-17 22:50
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