行星是什么?关于行星的定义经过几次变化?

职教新闻网 2019-11-24

行星是什么?关于行星的定义经过几次变化?

曾经被称为行星的冥王星,由新视野号探测器拍摄。图:NASA

行星是什么?

回答这个看似简单的问题并不简单。人人都知道地球、火星和木星都是行星。冥王星和谷神星曾经也在行星之列,而后不断进行的新探索引发了科学界对于如何更好地描述它们的讨论——这个有力的讨论延续至今。2006年,国际天文学联合会(IAU)采纳了关于行星的最新定义。IAU表示一个行星必须满足如下三种条件:

1.行星必须绕恒星运行(我们宇宙中的邻居,太阳)。

2.行星必须足够大,有足够的重力将其拉入球面。

3.行星必须足够大,得以让其重力清除围绕太阳运行的轨道附近的其他相似大小的天体。

随着我们对宇宙认识的不断深入,所有的讨论和争论会继续下去。

行星是什么?关于行星的定义经过几次变化?

木星、地球、水星,图:NASA

科学的进步

科学是包括提出问题、做出假设、进行探索和打破以既有认知为基础的观点而相结合的一种动态过程。科学观点通过论证形成,并用于检验观察结果。科学家以批判的角度相互评估工作的过程叫做同行评议(peer review)。

我们对宇宙和宇宙中生存环境的认识也随着时间不断改变。新的信息让我们重新思考并重新评估我们分类天体的方式,从而更好地去理解它们。质疑既有的理论、观察天体分类的破绽都可以萌生出新的观点和想法。

进化的定义

给行星的定义反映了我们对太阳系的起源、构造和演化的理解,故其重要性不言而喻。在历史上,符合行星标准的天体发生过改变。古希腊人将月亮、太阳连同水星、金星、火星、木星和土星划入行星之列,他们没有把地球看作行星,反而看作其他天体绕其运行的中心天体。人们已知的首个将太阳位于宇宙中心,地球绕其运行的模型,是在公元前3世纪,萨摩斯的阿利斯塔克提出的,但他的这一观点没有让人们广泛接受。直到16世纪,尼古拉·哥白尼改进了这个观点。

17世纪以前,天文学家(在发明了望远镜的帮助下)发现太阳是包括地球在内的各大行星围绕其运行的天体,还发现月球并不是行星,而是地球的卫星(月亮)。1781年,天王星也纳入行星之列。1846年,人们发现了海王星。

1801年,人们发现了火星和木星之间的谷神星,并将其归为行星。但随着同区域更多的天体被发现,谷神星是同类型天体中,首个最终确定为(星状)小行星或微型行星的天体。

1930年人们发现了冥王星,并将其定为第九行星。但是冥王星比水星体积小很多,甚至比一些行星的卫星还要小。冥王星不像类型行星(水星、金星,地球和火星),也不像气体巨行星(木星和土星)。冥卫一(Charon)是冥王星的巨型卫星,差不多是冥王星体积的一半并与其共用同一轨道。即使上世纪80年代人们把冥王星看作行星,到了90年代随着新的探索出现,该种观点发生了改变。

随着天文望远镜技术的提高,人们可以观察更精确,更好地探测到极小极远的天体。20世纪90年代初,天文学家发现了一个巨大的冰质行星,围绕着太阳在海王星轨道之外的柯伊伯带运行——在冥王星的领域内。随着对柯伊伯带及其数以千计的冰冻天体(柯伊伯带天体,简称KBO,又名海王星外天体)探索的深入,把冥王星看作最大的柯伊伯带天体而不是行星,显然更具说服力。

行星是什么?关于行星的定义经过几次变化?

火星、金星、土星,图:NASA

对行星定义的争论

2005年,某天文学研究团队宣称他们找到了第十个行星——大小与冥王星相近。人们开始好奇行星身份究竟意味着什么,简单来说,行星究竟是什么?这个问题并没有一个明显的答案,显然,对此还有许多争议。

世界各国天文学家的学术组织——国际天文学联合会(IAU)决定尝试对最新发现的柯伊伯带天体(之后命名为阋神星)进行分类。2006年,IAU做出了有关行星定义的决定并创建了一个新的分类——矮行星。阋神星、谷神星、冥王星和其他两个新发现的柯伊伯带天体,妊神星和鸟神星由IAU确定为矮行星。或许在太阳系中还能找到其他一百个矮行星,在柯伊伯带附近还能找到数百个。

行星的新定义

以下是国际天文联合会的b5号决议:太阳系中行星的定义:

现代的观测改变了我们对行星系统的认识,很重要的是,我们对物体的定义反映了我们目前的认知水平。这一点也特别适用于我们对行星的定义。“行星”这个词原本只用来描述在天空中“漫游”的移动发光体。最新的探究让我们可以使用前沿的科学信息创造新的定义。

因此,国际天文联合会决定,太阳系中的行星以及除卫星以外的其他星体可以有如下三个主要定义:

1.行星是(a)围绕太阳轨道运行,(b)有足够的重力克服刚体的力,得以承担流体静力平衡(近乎圆形),且能够(c)清除其轨道周围区域的天体。

2.矮行星是(a)围绕太阳运行,(b)有足够的重力克服刚体的力,得以承担流体静力平衡(近乎圆形),(c)无法清除其运行轨道附近的区域,且(d)不是卫星。

3.所有除卫星之外,围绕太阳运行的其他天体,可以集中看作“太阳系小天体”。

被降级为矮行星的原行星冥王星,图:NASA

争议——探究——持续进行

天文学家与行星科学家对这些定义尚未达成共识。一是因为这样的分类体系会限制行星的数量:二是由于该体系尚不完整,术语具有不准确性。一些天文学家强调了位置(环境)的重要性,特别是要理解太阳系的构成和演化。

某种观点是把行星简单地定义为太空中的自然物,具备足够的重力使其近乎球形。但某些科学家反对该观点,认为这样简单的定义没有考虑到把一个物体看作圆形需要哪种程度的可测量球体。事实上,精确地判断某些遥远天体的形状通常是很困难的。其他科学家认为,行星的位置和构成才是重要的,讨论动力学的意义不大;这意味着,无论天体是否会清除其运行轨道周边的物质,对行星定义的火热争议会持续下去。

随着我们认知的深入和拓展,宇宙日益展现出她的复杂和迷人。研究人员已发现数以百计的,处于我们太阳系以外的太阳系外行星或外星行星;或许单是银河系就还有数以亿计的系外行星,或许某些还适宜人类居住(具备生命生存的条件)。我们对行星的定义是否可以适用于这些新发现的天体仍有待观察。

行星是什么?关于行星的定义经过几次变化?

美丽的土星,图:NASA

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