行星的新定義

李　競(jìng)

一?前言

ス際天文學(xué)聯(lián)合會(huì) (簡稱 IAU)于2006年8月24日在捷克布拉格舉行的第26屆大會(huì)上投票通過了行星定義專業(yè)委員會(huì)提交的七易其稿并幾經(jīng)修訂的《行星定義》決議案?根據(jù)新的行星定義我們太陽系共有3類天體族群?它們是行星(planet)?矮行星 (dwarfplanet) 和太陽系小天體 (small solar system bodies)?太陽系共有八個(gè)行星?它們是水星?金星?地球?火星?木星?土星?天王星和海王星,稱為經(jīng)典行星?第一批確認(rèn)的矮行星中有谷神星 (Ceres)?冥王星 和 2003 UB 313?太陽系小天體中包括小行星 (asteroid)?海外天體(TNO)?彗星等其他小天體?今后全世界的天文機(jī)構(gòu)?天文教學(xué)?天文學(xué)家和天文愛好者都將自覺地遵循這個(gè)新頒布的行星定義?

IAU 是世界各國天文學(xué)家和天文學(xué)術(shù)團(tuán)體聯(lián)合組成的非政府性學(xué)術(shù)組織,成立于1919年?由于天文學(xué)是國際性極強(qiáng)的科學(xué),諸如時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)?時(shí)間系統(tǒng)和服務(wù)?所有的天文常數(shù)?一切天文基本數(shù)據(jù)和數(shù)值?星座界定?各種天體的命名?天文名詞和術(shù)語的規(guī)范等,無一不需天文界協(xié)調(diào)和一致化?IAU正是全世界天文學(xué)家眾望所歸的天文之家?

新行星定義確認(rèn)的太陽系僅有的八個(gè)行星都是1900年前為人所共知?

劃歸矮行星的谷神星是1801年發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)小行星,它是迄今發(fā)現(xiàn)的總數(shù)超過60萬個(gè)小行星中最大的一個(gè)?谷神星的公轉(zhuǎn)軌道位于火星和木星之間的小行星主帶中,4.6個(gè)地球年公轉(zhuǎn)一周?

ペね跣怯1930年發(fā)現(xiàn)?以前,一直被公認(rèn)為太陽系最外圍的行星,按照新的行星定義被歸類為矮行星?

ピ菔北嗪2003 UB 313 并取名“齊娜”(Xena)的天體是20世紀(jì)90年代以來已發(fā)現(xiàn)的總數(shù)已超過1 000的海外天體中最大的一個(gè)?

ザ?認(rèn)識(shí)行星的歷程

バ碌男行嵌ㄒ宓奈適朗僑死嗖歡仙釗胩剿饔鈧婧腿鮮短陽系的必然結(jié)果,也是天文學(xué)進(jìn)展和成就的一個(gè)標(biāo)識(shí)?

プ怨乓岳,人們就知道除了太陽和月亮之外,還有五個(gè)在天穹群星中不斷穿行的明星,遂稱之為“行星”,以別于所有那些在天球上的相互方位看上去似乎永世不變的“恒星”?我國自西漢以來,將五個(gè)行星冠以五行之名,稱之為金星?木星?水星?火星和土星?16世紀(jì)哥白尼的《天體運(yùn)行論》確認(rèn)水星?金星?地球?火星?木星和土星都是環(huán)繞太陽運(yùn)行的行星?從此人們得知,太陽系中共有六個(gè)行星?1781年旅英德國天文學(xué)家赫歇爾用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了土星軌道之外的天王星,使行星成員增加到七個(gè)?從1801年起,在火星和木星的軌道區(qū)間,不斷地觀測(cè)到為數(shù)眾多的環(huán)繞太陽運(yùn)行的小天體,和已知的行星比較,它們的質(zhì)量都要小得多?遂取名為“asteroid”,意為“小行星”?還稱“minor planet”,中文名定為“小行星”?為了區(qū)別二者,又將“行星”冠上“大”字?從此就有了“大行星”的名稱?隨著天文學(xué)的進(jìn)展,1846年和1930年相繼發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星?從此就有了眾所周知的“太陽系九大行星”之說?但冥王星的發(fā)現(xiàn)對(duì)太陽系的行星系統(tǒng)的已有認(rèn)知造成了困惑和挑戰(zhàn)?

ブ鋇19世紀(jì)末,天文學(xué)家為太陽系勾畫的圖像和特征是一個(gè)盤結(jié)構(gòu)的外形,太陽居中?八個(gè)行星聚集在盤面附近以逆時(shí)針方向沿各自的軌道,環(huán)繞太陽運(yùn)行?這個(gè)盤面稱“黃道面”,投影在天球上稱“黃道”,黃道附近天區(qū)稱“黃道帶”?從地球看上去,七個(gè)行星都運(yùn)行在黃道帶內(nèi),只有水星軌道有所偏離,和黃道有7°傾角?行星共面性是太陽系的一個(gè)特征?此外,八個(gè)行星分成兩群?內(nèi)圍的水星?金星?地球和火星都是質(zhì)量和體積較小的巖態(tài)天體,稱為類地行星?外圍的木星?土星?天王星和海王星都是質(zhì)量和體積較大的氣態(tài)天體,稱為類木行星?在兩群行星的軌道之間是成員眾多的小行星主帶?類地行星和類木行星的公轉(zhuǎn)都沿偏心率不大的近圓軌道?近圓軌道是太陽系行星另一特征?

19世紀(jì)末啟動(dòng)的海王星之外的未知行星的搜索起因是鑒于天王星和海王星的軌道觀測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算預(yù)期值有殘存的?但又不能忽略的不相符,從而預(yù)期在海王星軌道之外,理應(yīng)還存在一個(gè)具有引力干擾能力的天體?經(jīng)過多年的努力,于1930年,果真搜索到一個(gè)海外天體,后取名冥王星?但隨后的研究指出,冥王星的質(zhì)量比預(yù)期的小得多,比月球的還小,它的引力微弱,不足以解釋天王星和海王星的運(yùn)動(dòng)異常?冥王星軌道偏離黃道面,傾角達(dá)17°?軌道扁橢,偏心率比其他行星的都大?當(dāng)它在軌道近日點(diǎn)附近時(shí),離太陽比海王星還近?這樣,冥王星的共面性和軌道近圓性都偏離了行星系統(tǒng)的共性?此外,冥王星既不是類地行星的巖態(tài),也不是類木行星的氣態(tài),而是冰態(tài)小天體?

1978年,借助大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)一個(gè)冥王星的衛(wèi)星,取名“卡戎星”?根據(jù)雙天體相互繞轉(zhuǎn)的觀測(cè),精確地計(jì)算出它們的大小和質(zhì)量?冥王星直徑約2 300千米,只及地球直徑六分之一多,質(zhì)量是地球的千分之二強(qiáng)?而卡戎星和冥王星相比,卻不是個(gè)“小月亮”,直徑約1 200千米,超過冥王星的一半?它們很像是一個(gè)雙天體系統(tǒng)?

1986和1989年,旅行者2號(hào)行星際飛船先后飛掠天王星和海王星,取得近距離探測(cè)資料,更新了諸如大小?質(zhì)量?自轉(zhuǎn)?公轉(zhuǎn)等基本參數(shù)?對(duì)比觀測(cè)時(shí)間跨度更長的軌道資料和理論計(jì)算新值,表明天王星和海王星的運(yùn)行異常現(xiàn)象的嚴(yán)重程度緩解,搜索質(zhì)量更大的海外行星的必要性大為縮減?

1992年,運(yùn)用威力強(qiáng)大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)一個(gè)海外小天體,證實(shí)1951年美籍荷蘭天文學(xué)家柯伊伯關(guān)于在海王星軌道之外存在一個(gè)環(huán)帶形的短周期彗星庫的理論預(yù)期,遂將其命名為“柯伊伯帶”,并將帶中小天體稱為“柯伊伯帶天體”(KBO)?柯伊伯帶是太陽系盤結(jié)構(gòu)的外圍環(huán)帶,內(nèi)緣距離太陽約30天文單位 天文單位是天文學(xué)中的一個(gè)長度單位,簡稱 AU,適用于量度行星際距離遠(yuǎn)近的量天尺?1天文單位=日地平均距離,約合1億5千萬千米,約合光行8分19秒?例如:金星-太陽平均距離 0.72 AU;土星-太陽平均距離 9.5 AU;海王星-太陽平均距離 30.1 AU;冥王星—太陽平均距離 39.5 AU,外緣距離太陽約50天文單位?到2006年,已發(fā)現(xiàn)的KBO超過1 000個(gè),因?yàn)樗鼈兊能壍谰诤Ｍ跣侵?統(tǒng)稱海外天體(TNO)?它們都是冰態(tài)小天體,軌道普遍具有較大傾角和較大偏心率?其中大的直徑 500～600千米,100～200千米的為數(shù)不少,不到幾千米的則超出當(dāng)前望遠(yuǎn)鏡視力所及,估計(jì)大于1千米的KBO 的總數(shù)以百萬計(jì)?自從KBO確認(rèn)后,天文學(xué)家多認(rèn)為冥王星實(shí)為一個(gè) KBO,也許是其中最大的一員,當(dāng)然,可能還有尚未發(fā)現(xiàn)的更大些的?如果將19世紀(jì)末以前熟知的八個(gè)行星稱為“大行星”,那么冥王星一類的天體能進(jìn)入“大行星”的行列嗎?能將冥王星從“大行星”一族中除名嗎?再發(fā)現(xiàn)和冥王星不相上下的天體能將之收入“大行星”隊(duì)伍嗎?

チ硪桓鎏粽嚼醋20世紀(jì)90年代以來太陽系外行星的發(fā)現(xiàn),到2006年已確認(rèn)擁有行星和行星系的恒星超過200個(gè)?外星行星(exoplanet)的存在是恒星世界的普遍現(xiàn)象之說已是共識(shí)?在環(huán)繞恒星的天體中哪些是行星?哪些不是?

タ蠢,現(xiàn)代天文學(xué)迫切需要內(nèi)涵更為明確?更具有普遍意義的行星定義?

ゲ懷鏊料,新的發(fā)現(xiàn)接踵而來,困惑不斷?進(jìn)入21世紀(jì)后,2002年首先發(fā)現(xiàn)一個(gè)直徑可能超過600千米的海外天體,取名 Quaoar ?最后劃歸小行星一族,編號(hào)為50000,中文名定為“創(chuàng)神星”?2003年,觀測(cè)到另一個(gè)海外天體,暫時(shí)名 2003 UB 12 ,后取名“賽德娜”(Sadna)?直徑估計(jì)超過1 000千米,軌道十分扁橢,近日距76天文單位,遠(yuǎn)日距960天文單位,公轉(zhuǎn)周期 11 500 地球年,經(jīng)過爭議后,可能歸屬是 KBO ?當(dāng)年,又發(fā)現(xiàn)一個(gè)暫時(shí)名 2003 UB 313 的天體,發(fā)現(xiàn)者于2005 宣布,根據(jù)初步測(cè)定,直徑約2 400 千米,近日距38 天文單位,遠(yuǎn)日距 97 天文單位,公轉(zhuǎn)周期 560地球年?同時(shí)宣稱,它是第十行星,并取名“齊娜”(Xena)?究竟如何歸屬,說法不一?

IAU 于2003年第25屆大會(huì)之后,執(zhí)行委員會(huì)組建了一個(gè)由7人組成的行星定義專業(yè)委員會(huì)?這個(gè)新建的組織經(jīng)過兩年的研討,于2006年7月向第26屆大會(huì)鄭重提交了一份《行星定義》決議草案,并于8月24日大會(huì)通過了“行星系科學(xué)委員會(huì)”修訂的《行星定義》和《冥王星定義》共兩個(gè)決議?

ァ緞行嵌ㄒ濉(此決議包含了行星的定義?矮行星的定義和太陽系小天體的定義):

(一) 行星是一個(gè)具有如下性質(zhì)的天體:

(1)在環(huán)繞太陽的軌道上運(yùn)行;

(2)具有足夠質(zhì)量來克服剛體應(yīng)力以達(dá)到流體靜力平衡的形狀(近于球體);

(3)清空其軌道附近的近鄰天體?

(二) 矮行星是一個(gè)滿足下列四個(gè)判據(jù)的天體:

(1)在環(huán)繞太陽的軌道上運(yùn)行;

(2)具有足夠質(zhì)量來克服剛體應(yīng)力以達(dá)到流體靜力平衡的形狀(近于球形);

(3)不能清空其軌道附近的近鄰天體;

(4)不是一個(gè)衛(wèi)星?

(三) 除衛(wèi)星外,環(huán)繞太陽運(yùn)行的其他天體稱為太陽系小天體?

ピ諤陽系中滿足上述行星定義三個(gè)條件的天體共有8個(gè),即水星?金星?地球?木星?土星?天王星和海王星,稱之為“行星”?還有一種天體稱為“矮行星”(“矮”字意為質(zhì)量?體積等較行星小)?已確認(rèn)的第一批的矮行星中有谷神星?冥王星和2003 UB 313 ?在今后幾個(gè)月或幾年內(nèi),IAU 還將確認(rèn)更多的矮行星?今日 IAU 已列出了十多個(gè)矮行星候選體名錄,可能還會(huì)不斷增減其數(shù)目,并將進(jìn)一步了解現(xiàn)有候選體的物理本原?太陽系小天體包括大多數(shù)小行星?大多數(shù)海外天體?彗星以及其他小天體?

ァ囤ね跣嵌ㄒ濉:

ジ據(jù)上述定義,冥王星是矮行星,又是海外天體的一個(gè)新類型中的原型?

ザ浴緞行嵌ㄒ濉泛汀囤ね跣嵌ㄒ濉返募傅闥得:

1. 行星定義專業(yè)委員會(huì)曾將質(zhì)量超過 5×10²⁰千克,直徑大于 800千米的天體作為具有足夠大的質(zhì)量的判據(jù)?

2. 對(duì)于兩個(gè)或更多個(gè)天體組成的多天體系統(tǒng),如果主天體滿足行星三條件,則定為行星?如果天體系統(tǒng)的質(zhì)心位于主天體之外,滿足行星三條件的次天體也是行星;不滿足這些準(zhǔn)則的次天體則是衛(wèi)星?按照這一定義,冥王星的伴星“卡戎星”應(yīng)是一行星,二者組成一個(gè)雙行星?對(duì)此IAU 尚未取得共識(shí)?

3. 在草案中曾認(rèn)為,如果今后能確認(rèn)智神星(小行星2號(hào))?灶神星(小行星4號(hào))和健神星(小行星10號(hào))也都處于流體靜力平衡狀態(tài),它們也應(yīng)劃歸為行星,都將稱為“矮行星”?對(duì)此,最后因仍有歧見而未定論?

4. 太陽系小天體包括大多數(shù)小行星(asteroid)?近地天體(NEO)?火星-特洛伊族小行星?木星-特洛伊族小行星?海王星-特洛伊族小行星?大多數(shù)半人馬族天體(centaur)?大多數(shù)海外天體(TNO)和彗星?新的命名系統(tǒng)不再用 minor planet 來稱謂小行星?

5. 凡具有小傾角和近圓軌道的天體即是能不與其他天體軌道重合或相交的清空軌道;而大傾角或(和)大偏心率軌道則不是清空軌道?例如,冥王星的軌道就與海王星的相交?

6. 草案中曾將太陽系的行星稱為“經(jīng)典行星”(classical planet),將冥王星視為“類冥行星”(pluton)的原型,但這兩個(gè)名稱均未取得共識(shí),而未被選中?

7. 草案中創(chuàng)造一新詞“微型行星”(planetoid),最后未得到認(rèn)可?

ト?后記

バ碌男行嵌ㄒ逖轄?明確?可操作性強(qiáng),標(biāo)示天文學(xué)的進(jìn)展和成就?行星定義不僅內(nèi)涵清晰,而且量化?20世紀(jì)編纂的太陽系行星定義,例如,《中國大百科全書·天文學(xué)卷》(1979):行星——橢圓軌道上環(huán)繞太陽運(yùn)行的近似球形的天體?又如,《天文學(xué)名詞》(全國科技名詞委,1998):行星——圍繞太陽或其他恒星運(yùn)行的質(zhì)量不超過木星的較大天體?這兩個(gè)不同版本下的定義都對(duì),但都廣泛有余,量化不足?新的行星定義則既是廣義的,又有精確的針對(duì)性和客觀的可操作性?

ソ窈笫廊擻χ,太陽系現(xiàn)有八個(gè)行星,但不能稱之為“八大行星”?為了和國際接軌,“大行星”的名稱不再提倡,應(yīng)用“行星”取代“大行星”?“九大行星”之說僅具有歷史意義,也應(yīng)淡出?冥王星的定位和歸屬已明確,它是矮行星,已不在行星之列?但不應(yīng)認(rèn)為冥王星是被“開除”或“降級(jí)”,而宜視為“正名”?“2006行星定義”問世了,太陽系天體的新分類和新命名廣而告之?人們可能會(huì)問,這是不是永久性的?今后還會(huì)再次修訂和變動(dòng)嗎?應(yīng)該說,隨著天文學(xué)的進(jìn)展?新天象的發(fā)現(xiàn)?對(duì)太陽系天體認(rèn)識(shí)的不斷深化,行星定義的修訂和更新是必然的,這就是科學(xué),這就是科學(xué)進(jìn)步的體現(xiàn)?

ブ檔靡惶岬氖,在行星定義的幾個(gè)草案中,出現(xiàn)了一些較新的天文名詞如卡戎星?矮行星?類冥行星?半人馬族天體?近地天體?海外天體?特洛伊族小行星?這些新詞都已載入《科技術(shù)語研究》先后刊出的七批《天文學(xué)新名詞》中,唯有“經(jīng)典行星”和“微型行星”是兩個(gè)前所未聞的新詞?