清夜望天,星河璀璨,除了太阳系内的行星外,其余能看到的星星,都是遥远天际的恒星。
从大类型区分看,恒星自身发光行星反射光,很容易区分出来。不过在每个大类型下面,各自系统里还有很多更细分化的类型。
今天,就跟大家简单的聊一聊,一种看起来像行星,但又不被正式定义为行星的天体——矮行星。
一颗遥远的橄榄球
20世纪乃至更早的19世纪,围绕行星的划分还没有现在这么细致。因为从类型上来看,只要天体本身不是恒星,体积和质量又不小,不管是像地球这样的岩石行星,还是像木星那样的气态行星,本身都被定义为了行星。
正因为如此,冥王星20世纪30年代被发现后,很快就被定义为了太阳系内的第九大行星。后来的事实证明,天文学家给冥王星的身份早了。
在随后的几十年,天文学家的观测设备越发先进,围绕冥王星身份的定义也就越充满争议。时间转眼来到了2004年,一个加州理工学院的科研团队,通过观测设备,在发现冥王星的柯伊伯带区域,终于明确发现了新的天体。
第二年,西班牙的一个天文学团队,也通过观测发现了该天体,等于通过交叉证实的方式,进一步确认了它的存在。值得一提的是,在2003年3月的一次观测拍摄中,也有其他天文学家也拍摄到了它的身影。一系列的发现都能认定,该天体确实是存在的。
有意思的是,由于几个团队发现该天体的时间间隔不长,中间一度还发生过争议。先发现的天文学家们,认为后发现的团队偷看过他们的观察日记,而后将自己的成果据为己有了。
就在天文学家们对此事争论不休时,另一个权威的天文学组织国际天文联合会也遇到了棘手的问题。如何给新的天体身份定义,一旦给了新天体身份,原先的冥王星又该怎么办?
在此后的命名中,该天体一度被称为“圣诞老人”,因为加州理工学院发现它的日子,正好是在圣诞节以后。后来在正式的命名中,它有了相应的编号,同时也有了一个正式的名称——妊神星。
该天体有一个最明显的特点,即它不像太阳系内其他天体是球形的,而是椭球形的,看起来就像是一颗橄榄球。
当然在此前的观测中,天文学家并没有直接观测到它的形状,但通过光变曲线计算,它的形状不是球形,它的长半轴居然是短半轴的两倍多,这就意味着长半轴将球体抻成了椭圆形。
有意思的是,虽然妊神星是椭圆形,不过它自身的重力,依然能够确保自身维持流体静力平衡。至于它的轨道周期,换算成地球上的时间大约为283年,这意味着它距离太阳遥远,而且公转的轨道也相当的大。
随着妊神星身份在2005年前后被确认,冥王星的身份事实上也盖棺定论了。它不再可能是行星,只能屈身成为矮行星,和妊神星这样的天体被划归为了一类。
至于为何要给它们的身份降级,咱们接着往下看。
太阳系内的“五大金刚”
就在妊神星被发现不久,天文学家又发现了另一颗矮行星阋神星,它被发现的区域依然是在柯伊伯带。早年发现冥王星的时候,也是在这片区域内。
和此前被发现的妊神星一样,后来发现的阋神星也被定义为矮行星。它们之所以要比真正的行星“矮”一头,最主要的原因还在于,自身的“能力”还不足以和行星平起平坐。
从运行上来看,矮行星本身也是绕太阳运转的,早年定义相对宽泛的时候,正是基于这一点,才给了冥王星行星的地位。
然而随着其他类似冥王星的天体被接连发现,天文学家们突然意识到,后者被发现的天体,有些体积和质量比冥王星还要大。如果冥王星都被定义为行星了,那么后续发现的,同样也得给它们行星的身份。
很显然,天文学界并不这么认为,因为在对天体身份的定义上,还存在着一些别的看法。这些不同的意见,其实就是冥王星这类天体,表现出来的特点和行星有一定的不同。
这类天体虽然能绕着太阳公转,自身的质量和重力也能达到某种平衡,可它自身并没有强大的吸积能力。简单来说就是,在该类天体的轨道上,还活跃并运行着大量的小天体。这些小天体完全不能被其清除,就这样运行在轨道上,成为一种独特的风景线。
对比之下,像地球这样的行星,它们的吸积能力强悍,那些很小的天体都会被一一清除掉,完全不会在轨道区域内绕行。
如果宽泛一点去看,即便存在这种差异,将其归纳为行星也并没有什么不妥。但是天文学家们不这么认为,因为一旦如此定义的话,太阳系内的行星数量至少会增加到十几个。而且宽泛的定义,也不利于对不同的天体进行细致的区分。
正因为如此,依照妊神星以及冥王星这类天体的特点,天文学界才退而求其次,给它们的身份进行了降级处理。
于是按照新的定义,目前在太阳系内,拥有正式身份的矮行星是5颗,它们分别是冥王星、妊神星、谷神星、鸟神星、阋神星。
这5颗矮行星,除了谷神星是在小行星带被发现的,其余都是在柯伊伯带发现的。而且在后者庞大的区域内,天文学也已经发现了一系列类似冥王星这样的天体。
不过,这些天体的身份目前都还不明确,都还没有被定义为矮行星。有些天体,被定义为绕行矮行星更小的卫星。也有一些天体,本身该怎么划分,目前的天文学界还在制定新的标准。
所以,目前被确认的5颗矮行星,就好比太阳系内的“五大金刚”。它们本身比行星的身份低,但又比卫星和小行星的身份定位高。
围绕行星身份的争议
在没有发现其他矮行星之前,冥王星的体积在太阳系内还算是很大。然而随着阋神星的发现,它的直径比冥王星大了25%。
在没有明确定义矮行星之前,确实有人呼吁,应该按照排序,将阋神星这类天体,统统排列在行星的队伍里。
只不过让天文学家猝不及防的是,柯伊伯带内新发现的类似天体越来越多,考虑行星的新定义和新身份,就成为了势所必然的事情。
2006年明确的定义中这样说了,要想成为行星,必须得围绕恒星运转。自身的质量要足够大,要有足够大的引力,重新“安排”靠近自己的天体。
这一条冥王星首先就不符合,相比于轨道上的其他卫星天体,冥王星的质量只有其他轨道天体之和的7%,所以它并不占据主导优势。
就这样,此后冥王星被降级,其他类似冥王星的天体也都成了矮行星。而且因为冥王星被列为行星又被开除出队伍的特殊遭遇,所以后来发现的类似冥王星的天体,又被统称为类冥天体。
到了2011年10月,新的测算结果出来了,冥王星的直径是2370.6公里。原先在发现阋神星的时候,测算的直径比冥王星大,新测算的结果阋神星为2326公里,比冥王星小了一些。
于是根据这一点,此前就一直反对给冥王星降级的人,希望把冥王星重新拉回行星的队伍中。
不过也有人从另外的角度进行了反驳,和地球相比,冥王星的直径连19%都不到。从体积上看,冥王星的总体规模只有地球的0.6%。更为关键的是,月亮作为地球的卫星,其直径都达到了3476公里。
所以这些特征还是意味着,将冥王星重新定义为行星,已经不再合适了。相关的争议虽然不像过去那么大了,但是围绕行星的探索还远没有停止。
尤其是在太阳系内部,从现有的角度看,犄角旮旯的地方都看过了,不会有新东西了。不过天文学家此前又似乎发现了一颗新的行星,只不过它到现在都还没有现身。
第9大行星会现身吗
2015年,天文学家在太阳系内新发现了一颗直径为450公里的天体,它运行的轨迹似乎受到了另外一个天体的影响,推测该天体的大小可能是地球的10倍。
紧接着在2016年,此前发现了阋神星的天文学家布朗又发表了最新的研究成果,他表示在柯伊伯带至少有6颗天体的轨道运行不正常。
这些天体在运行的时候拥有相同的倾角,如果是在自然状态下,出现这样的几率只有0.007%。所以布朗和其他天文学家认为,或许是受到了一颗未被发现的行星影响,这些天体才表现出了异常的运行状态。
根据这个现象,有其他天文学家,已经在推断太阳系内,是否还有另一颗行星存在了。假设这颗行星存在的话,它的体积将超过地球10倍之多,质量更是比冥王星大4500倍。
该行星以椭圆的轨道绕着太阳运行,近日点距离太阳大约是200个天文单位,远日点在600到1200个天文单位之间。绕行太阳一周的时间,至少需要15000年。
这个天体是否存在,目前在天文学界还没有定论。有的倾向于相信存在,有的则认为需要找到明确的证据。
2016年3月,布朗表示通过夏威夷的天文望远镜,他已经发现了一颗被命名为uo3L91的天体,布朗认为这可能就是未来的第9颗行星。
如果它真的存在,由于距离太阳十分遥远,反射的太阳光非常微弱,所以要想真正看到它,还是非常难的。
结语
虽然有人相信它确实存在,但如果要得到真正的确认,最主要要有直接的观察证据。再有,天体的各项参数,无论是直径还是运行轨迹等,都需要明确。
最后,如果要确立它的存在,还需要得到业界的审定和认可。自由在观测上有明确的参数,业内多数权威确认了它的存在,那才能最终向外公布新发现天体的情况。
未来会怎么样,目前也还是未知数。但可以肯定的是,如果涉及到新发现天体,围绕行星的相关定义,应该又会改变新标准。
参考资料:
《太阳系还有新的第 9 行星吗?》 中国科技教育 2019年4月