清夜望天,星河璀璨,除了太陽系內的行星外,其餘能看到的星星,都是遙遠天際的恆星。
從大類型區分看,恆星自身發光行星反射光,很容易區分出來。不過在每個大類型下面,各自系統里還有很多更細分化的類型。
今天,就跟大家簡單的聊一聊,一種看起來像行星,但又不被正式定義為行星的天體——矮行星。
一顆遙遠的橄欖球
20世紀乃至更早的19世紀,圍繞行星的劃分還沒有現在這麼細緻。因為從類型上來看,只要天體本身不是恆星,體積和質量又不小,不管是像地球這樣的岩石行星,還是像木星那樣的氣態行星,本身都被定義為了行星。
正因為如此,冥王星20世紀30年代被發現後,很快就被定義為了太陽系內的第九大行星。後來的事實證明,天文學家給冥王星的身份早了。
在隨後的幾十年,天文學家的觀測設備越發先進,圍繞冥王星身份的定義也就越充滿爭議。時間轉眼來到了2004年,一個加州理工學院的科研團隊,通過觀測設備,在發現冥王星的柯伊伯帶區域,終於明確發現了新的天體。
第二年,西班牙的一個天文學團隊,也通過觀測發現了該天體,等於通過交叉證實的方式,進一步確認了它的存在。值得一提的是,在2003年3月的一次觀測拍攝中,也有其他天文學家也拍攝到了它的身影。一系列的發現都能認定,該天體確實是存在的。
有意思的是,由於幾個團隊發現該天體的時間間隔不長,中間一度還發生過爭議。先發現的天文學家們,認為後發現的團隊偷看過他們的觀察日記,而後將自己的成果據為己有了。
就在天文學家們對此事爭論不休時,另一個權威的天文學組織國際天文聯合會也遇到了棘手的問題。如何給新的天體身份定義,一旦給了新天體身份,原先的冥王星又該怎麼辦?
在此後的命名中,該天體一度被稱為「聖誕老人」,因為加州理工學院發現它的日子,正好是在聖誕節以後。後來在正式的命名中,它有了相應的編號,同時也有了一個正式的名稱——妊神星。
該天體有一個最明顯的特點,即它不像太陽系內其他天體是球形的,而是橢球形的,看起來就像是一顆橄欖球。
當然在此前的觀測中,天文學家並沒有直接觀測到它的形狀,但通過光變曲線計算,它的形狀不是球形,它的長半軸居然是短半軸的兩倍多,這就意味著長半軸將球體抻成了橢圓形。
有意思的是,雖然妊神星是橢圓形,不過它自身的重力,依然能夠確保自身維持流體靜力平衡。至於它的軌道周期,換算成地球上的時間大約為283年,這意味著它距離太陽遙遠,而且公轉的軌道也相當的大。
隨著妊神星身份在2005年前後被確認,冥王星的身份事實上也蓋棺定論了。它不再可能是行星,只能屈身成為矮行星,和妊神星這樣的天體被劃歸為了一類。
至於為何要給它們的身份降級,咱們接著往下看。
太陽系內的「五大金剛」
就在妊神星被發現不久,天文學家又發現了另一顆矮行星鬩神星,它被發現的區域依然是在柯伊伯帶。早年發現冥王星的時候,也是在這片區域內。
和此前被發現的妊神星一樣,後來發現的鬩神星也被定義為矮行星。它們之所以要比真正的行星「矮」一頭,最主要的原因還在於,自身的「能力」還不足以和行星平起平坐。
從運行上來看,矮行星本身也是繞太陽運轉的,早年定義相對寬泛的時候,正是基於這一點,才給了冥王星行星的地位。
然而隨著其他類似冥王星的天體被接連發現,天文學家們突然意識到,後者被發現的天體,有些體積和質量比冥王星還要大。如果冥王星都被定義為行星了,那麼後續發現的,同樣也得給它們行星的身份。
很顯然,天文學界並不這麼認為,因為在對天體身份的定義上,還存在著一些別的看法。這些不同的意見,其實就是冥王星這類天體,表現出來的特點和行星有一定的不同。
這類天體雖然能繞著太陽公轉,自身的質量和重力也能達到某種平衡,可它自身並沒有強大的吸積能力。簡單來說就是,在該類天體的軌道上,還活躍並運行著大量的小天體。這些小天體完全不能被其清除,就這樣運行在軌道上,成為一種獨特的風景線。
對比之下,像地球這樣的行星,它們的吸積能力強悍,那些很小的天體都會被一一清除掉,完全不會在軌道區域內繞行。
如果寬泛一點去看,即便存在這種差異,將其歸納為行星也並沒有什麼不妥。但是天文學家們不這麼認為,因為一旦如此定義的話,太陽系內的行星數量至少會增加到十幾個。而且寬泛的定義,也不利於對不同的天體進行細緻的區分。
正因為如此,依照妊神星以及冥王星這類天體的特點,天文學界才退而求其次,給它們的身份進行了降級處理。
於是按照新的定義,目前在太陽系內,擁有正式身份的矮行星是5顆,它們分別是冥王星、妊神星、穀神星、鳥神星、鬩神星。
這5顆矮行星,除了穀神星是在小行星帶被發現的,其餘都是在柯伊伯帶發現的。而且在後者龐大的區域內,天文學也已經發現了一系列類似冥王星這樣的天體。
不過,這些天體的身份目前都還不明確,都還沒有被定義為矮行星。有些天體,被定義為繞行矮行星更小的衛星。也有一些天體,本身該怎麼劃分,目前的天文學界還在制定新的標準。
所以,目前被確認的5顆矮行星,就好比太陽系內的「五大金剛」。它們本身比行星的身份低,但又比衛星和小行星的身份定位高。
圍繞行星身份的爭議
在沒有發現其他矮行星之前,冥王星的體積在太陽系內還算是很大。然而隨著鬩神星的發現,它的直徑比冥王星大了25%。
在沒有明確定義矮行星之前,確實有人呼籲,應該按照排序,將鬩神星這類天體,統統排列在行星的隊伍里。
只不過讓天文學家猝不及防的是,柯伊伯帶內新發現的類似天體越來越多,考慮行星的新定義和新身份,就成為了勢所必然的事情。
2006年明確的定義中這樣說了,要想成為行星,必須得圍繞恆星運轉。自身的質量要足夠大,要有足夠大的引力,重新「安排」靠近自己的天體。
這一條冥王星首先就不符合,相比於軌道上的其他衛星天體,冥王星的質量只有其他軌道天體之和的7%,所以它並不佔據主導優勢。
就這樣,此後冥王星被降級,其他類似冥王星的天體也都成了矮行星。而且因為冥王星被列為行星又被開除出隊伍的特殊遭遇,所以後來發現的類似冥王星的天體,又被統稱為類冥天體。
到了2011年10月,新的測算結果出來了,冥王星的直徑是2370.6公里。原先在發現鬩神星的時候,測算的直徑比冥王星大,新測算的結果鬩神星為2326公里,比冥王星小了一些。
於是根據這一點,此前就一直反對給冥王星降級的人,希望把冥王星重新拉回行星的隊伍中。
不過也有人從另外的角度進行了反駁,和地球相比,冥王星的直徑連19%都不到。從體積上看,冥王星的總體規模只有地球的0.6%。更為關鍵的是,月亮作為地球的衛星,其直徑都達到了3476公里。
所以這些特徵還是意味著,將冥王星重新定義為行星,已經不再合適了。相關的爭議雖然不像過去那麼大了,但是圍繞行星的探索還遠沒有停止。
尤其是在太陽系內部,從現有的角度看,犄角旮旯的地方都看過了,不會有新東西了。不過天文學家此前又似乎發現了一顆新的行星,只不過它到現在都還沒有現身。
第9大行星會現身嗎
2015年,天文學家在太陽系內新發現了一顆直徑為450公里的天體,它運行的軌跡似乎受到了另外一個天體的影響,推測該天體的大小可能是地球的10倍。
緊接著在2016年,此前發現了鬩神星的天文學家布朗又發表了最新的研究成果,他表示在柯伊伯帶至少有6顆天體的軌道運行不正常。
這些天體在運行的時候擁有相同的傾角,如果是在自然狀態下,出現這樣的幾率只有0.007%。所以布朗和其他天文學家認為,或許是受到了一顆未被發現的行星影響,這些天體才表現出了異常的運行狀態。
根據這個現象,有其他天文學家,已經在推斷太陽系內,是否還有另一顆行星存在了。假設這顆行星存在的話,它的體積將超過地球10倍之多,質量更是比冥王星大4500倍。
該行星以橢圓的軌道繞著太陽運行,近日點距離太陽大約是200個天文單位,遠日點在600到1200個天文單位之間。繞行太陽一周的時間,至少需要15000年。
這個天體是否存在,目前在天文學界還沒有定論。有的傾向於相信存在,有的則認為需要找到明確的證據。
2016年3月,布朗表示通過夏威夷的天文望遠鏡,他已經發現了一顆被命名為uo3L91的天體,布朗認為這可能就是未來的第9顆行星。
如果它真的存在,由於距離太陽十分遙遠,反射的太陽光非常微弱,所以要想真正看到它,還是非常難的。
結語
雖然有人相信它確實存在,但如果要得到真正的確認,最主要要有直接的觀察證據。再有,天體的各項參數,無論是直徑還是運行軌跡等,都需要明確。
最後,如果要確立它的存在,還需要得到業界的審定和認可。自由在觀測上有明確的參數,業內多數權威確認了它的存在,那才能最終向外公布新發現天體的情況。
未來會怎麼樣,目前也還是未知數。但可以肯定的是,如果涉及到新發現天體,圍繞行星的相關定義,應該又會改變新標準。
參考資料:
《太陽系還有新的第 9 行星嗎?》 中國科技教育 2019年4月