第十个行星?

rockhwd

九大行星”的格局自1930年以来就没有变过，寻觅已久的第十行星这样突然出场，实在有点让人吃不消。不过，仔细回想一下，其实还是有很多铺垫的，并不值得意外。近年来科学家在太阳系边缘发现的新天体越来大，终于发现这个比冥王星还大的家伙，简直是顺理成章的事。

　　但是，它能不能就算是第十大行星？对它的地位认定，将怎样影响我们对太阳系的认识？说到底，在科学上，什么样的东西算是行星？


　　什么是行星？

　　坦白地说，这个问题，连负责给星星们起名字的国际天文学联合会（IAU）都答不上来。（不过，对某种事物没有公认的严格定义，并不妨碍人们深入地研究它——不信的话，你试试回答看：什么是人？）为了对行星进行科学定义，联合会的一个委员会已经工作了近一年，本来打算于明年夏天发布结果。但号称第十行星的这项新发现使情形变得紧急起来，新的行星定义可能很快就会出炉。在此之前，我们可以继续使用“运动着的星星”这样最原始的定义，再加上一点大小、轨道方面的限制。

　　离自己近的东西，看起来就运动得快，远了就运动得慢。远到几光年乃至成千上万光年以外，看上去基本上就静止不动，祖先们称之为恒星——不动的星星。太阳系里的星星离我们相对比较近，不借助天文仪器也可明显察觉它们的运动，便叫做行星。肉眼明显可见的行星有5颗（加上脚底下这一个是6个），中国以五行命名之，从太阳附近往外，依次为水、金、火、木、土；在西方文化中分别对应信使之神Mercury、爱神Venus、战神Mars、众神之王Jupiter和农神Saturn。

　　伽利略在17世纪初就将望远镜伸向天空，开创了天文学的新时代。但直到将近两百年后的1781年，才由赫歇尔发现了又一颗行星——天王星（Uranus）。它的轨道与预期值有差异，使人们猜测还有一颗未发现的行星影响着天王星的运动，果然，在预期的位置上又发现了海王星（Neptune）。通过类似的方法，又发现了冥王星（Pluto）——这个特立独行的家伙很给人添了点麻烦。其余八大行星的轨道基本上都是同心圆，而且轨道平面处在同一个平面中——比如说，可以摊成一张相当整齐的圆薄饼。冥王星的轨道比较扁，轨道平面与前面这张饼呈17度夹角。再加上它个头很小，所以颇有科学家怀疑它究竟能不能算是行星。


　　寻找第十行星

　　虽然有怀疑和争议存在，冥王星在大行星的位置上还是很牢靠地坐了几十年，毕竟一直没有在太阳系里发现过比它更大的天体。有了第九行星，人们自然就寻找起第十个。寻找的方向是两极，一是“水内”，即比水星更靠近太阳的地方；二是“冥外”，比冥王星还要远的地方。

　　科学家甚至把预想中那颗水内行星的名字都起好了——伏尔甘（Vulcan，火神。那么靠近太阳的地方当然热得很）。但后来他们发现水星的奇怪运动方式可以用广义相对论解释，用不着另一颗行星，观测手段的发展也断绝了这个指望。于是，第十行星可能存在的地方只有冥外了，那里是如此遥远而又暗淡，超出了人类的观测能力，直到近十多年来才有改观。


太阳系示意图。右下方的“碎石”，即是柯伊伯带天体。点击图片放大。



　　天文学家柯伊伯于1951年提出，在太阳系外围可能有一大群小天体绕太阳运行。1992年，天文学家在海王星以外发现了一个直径200公里左右的暗淡天体，编号为1992 QB1，为柯伊伯的上述观点提供了直接证据，“柯伊伯带”从此不再只是假设。它位于海王星轨道以外，里面有几万个或可能更多天体，由冰和岩石组成。科学家相信，这些天体是早期太阳系中物质凝聚成各大行星的过程中剩下来的残渣。

　　被发现的柯伊伯带天体（KBO）越来越多，大小记录也迅速被刷新。其中，加州理工学院的麦克•布朗等人组成的一个研究小组成绩格外卓著。他们发现了比冥卫一更大的“夸欧尔”（Quaoar），以及尺寸更大、一度被疑为第十行星的“塞德娜”（Sedna）。这一次，真正有资格称得上第十行星的这个新天体，又是他们发现的。
　　

　　比冥王星更大

　　这个天体暂时编号为2003-UB313（这个编号的意思是，科学家发现它时所依据的数据，是2003年10月的下半个月获得的）。它与太阳的距离约为97个天文单位（1天文单位是太阳到地球的距离，约1.5亿公里），是目前所知离太阳最远的太阳系天体。它于2003年首次被发现（发现的方法与老祖宗的方法实质上完全相同：在静止的恒星背景中，寻找运动着的行星。不过现在初步分析可以交由计算机去做，人只需要对计算机挑出来的可疑目标进行进一步观察。请注意，发现一颗新星星，绝对不是用周易算算了事的！），不过布朗等人在2005年1月才意识到，它离得那么远还能具有相当的亮度，个头必定不小。


科学家根据这些图像发现了“第十行星”



　　到底有多大呢，现在还不清楚，因为它很亮可能有两方面原因，一是个头很大，二是表面光滑、反射光的效率（反照率）很高，或兼而有之。必须要结合反照率，才能较为准确地推断其大小。通过观测其红外线，可以得出反照率，但它毕竟太远、太暗淡了，似乎超出布朗等人所使用的“斯皮策”红外太空望远镜的能力，还需要更多观测，或许使用“哈勃”等更强力的望远镜来。

　　在获得真实反照率数据之前，科学家根据不同的反照率对该天体的大小进行了推算，结论是，它必定比冥王星大。因为即使按照100%反射光线（这样的东西世界上还没有）来算，它的直径也有2210公里，仅比冥王星略小。如果反照率为90%（一尘不染的雪地），直径就达到2330公里，比冥王星大一点。如果像冥王星那样反照率60%，则直径为2860公里。若反照率与冥卫一类似（38%），则直径为3550公里。根据现有数据的分析，它不可能更大了。


“第十行星”2003-UB313的轨道和大小示意图



　　这个天体的看上去与冥王星很相似，表面覆盖着甲烷冰（非常之冷，只比绝对零度高约30度），内部可能是冰与岩石的混合物。不过两者也有明显差异：冥王星颜色发红，2003-UB313却基本上是灰色，科学家还不明白这是怎么回事。它有着比冥王星更奇怪的轨道：扁得厉害，在560年的公转周期里，远日点离太阳97天文单位（现在位于远日点附近），近日点却只有38天文单位。轨道平面与地球等八大行星轨道平面夹角达到近45度之多，科学家猜测有可能是它屡次靠近海王星、轨道受到影响，以至变成了现在的样子。天文爱好者可以用最高级的业余天文望远镜在鲸鱼座方向上看到它。


　　名字和黑客的八卦

　　科学家们已经给2003-UB313拟好了一个正式名称，并提交给国际天文学联合会，正等待批准。布朗本人的主页上介绍该天体的页面叫做planetlila，因此不少人猜测新行星就叫lila。布朗只得出来澄清说，lila是他三星期大的女儿的名字，一个感情用事的父亲在缺少睡眠的早上对网页的命名，是不能当真的。

　　按照惯例，柯伊伯带天体用神话传说中的神祗命名，布朗等人这次也采用同样的规则。不过希腊和罗马神话里的名字基本上被大小行星用光了，布朗本来中意冥王的妻子珀尔塞福涅的名字（珀尔塞福涅一年只有六个月陪着冥王，另六个月在人间待着；而2003－UB313在一个公转周期内只有一半时间在冥王星附近，另一半时间很远，多相称啊），可惜其希腊版本已经被第399号小行星用掉，罗马版本则是第26号小行星。罗马神话中的名字还剩下了著名的伏尔甘，但这名字显然不适合暗淡寒冷的天体。幸好世界上的文化多得很，尽可以从美洲、因纽特、印度或什么其它民族的神话中去挑名字。

　　7月29日布朗等人举行新闻发布会仓促发布消息，媒体盛传其原因有二：其一是西班牙的一个小组在28日宣布发现了另一个高亮度的柯伊伯带天体2003 EL61，而这个天体布朗等人已经发现了，因为想等更多观测数据、推算出详细结果再公布，结果被别人抢了先；其二是他们保存研究资料的网站被黑客侵入。这黑客事件的真相自然备受关注，各种猜测纷纷出现。

　　布朗后来在网站上解释说，实际情况说起来有点复杂。有些细节他也没弄清楚，大致是这样的：他们用望远镜观测这些天体的时候，用软件自动生成天体编号，而这些望远镜的观测活动记录是公开放在网上的，他们并不知道这一点。为了参加9月份的一次学术会议，他们在网上公布了论文摘要，其中直接就使用了观测的天体编号。有一定专业背景的人如果多长个心眼，把两方面的情况一结合，就能知道他们在干什么，根本都不需要使用黑客手段。

　　7月29日早上布朗醒悟到这一点，就跟国际天文学小行星中心联系。对方很快告诉他，有人用中心的网络、根据以往观测来预测当天晚上某天体的方位，而这些“以往观测”就是布朗等人使用望远镜的观测记录，犯人甚至连布朗他们用的天体编号都懒得改一改！这下子布朗等人别无选择，只好在下午4点开了个草率的发布会。要知道当天可是星期五，4点已临近下班，布朗自嘲说“这大概是宣布你不想让人听到的消息的最佳时间”。当然，他是过谦了，这样的新闻注定是要大出风头的。除了这个被媒体爆炒的第十行星，布朗等人同时公布的还有另一个柯伊伯带天体2005 FY9，以及被西班牙小组抢去头功的2003 EL61的更多情况——譬如，它有一个卫星！

　　布朗检讨了一通自己的愚蠢和天真——论文摘要里竟不会把天体编号改一改，而且没想到会有人通过网络来把这些信息拼到一起。但是，“我的确有时候忘记锁门，我希望人们不要认为因此就可以跑进我家来拿走我的东西。”

　　
　　布朗坚持认为2003-UB313应当被视为行星，即太阳系第十行星。既然冥王星都可以称为行星，那比它大的星星自然更可以嘛。不少天文学家赞同这种观点，但也有人反对。如前所述，对于太阳系行星，目前并没有严格定义，毛病主要出在冥王星上，没有什么好的科学定义能够既将它包括在行星内，又不对太阳系的总体格局造成重大影响——譬如让行星从9颗一下增加到23颗。

　　布朗说，既然冥王星在文化上已经以无数方式被视作行星，科学家不能不顾及文化。在文化上有两个解决办法，一是规定从冥王星以后不再有行星，二是规定比冥王星更大的星星可称为行星。第二种方法使得大行星数量有增加的潜力，因而更加有吸引力。于是，布朗等人宣称2003-UB313是一颗行星，“文化的行星，历史的行星”，反正没有什么科学定义能够既适合太阳系又适合文化。

　　国际天文学联合会将如何裁决呢？布朗发布新闻时说“拿起笔改写教科书吧”，这话自然是不错的，有了这么大的发现，教科书非改写不可——只是朝哪个方向改，可就不好说了。也许是十大行星，也许把更多柯伊伯带天体算进来成为几十大行星，也许索性把冥王星一并开除变成八大行星，于是这个比冥王星还大的家伙就成了太阳系第一大垃圾。若让我打赌，我还真不知道该往哪里下注呢

转载自http://www.oursci.org/magazine/200506/0601.htm