行星的发现和冥王星的出局过程

我们对冥王星的看法，掺杂了太多的历史、文化这些与科学无关的因素。从冥王星被发现之日起，这个“古怪”的天体便饱受争议。

1．太阳系行星的发现

冥王星的发现本身就是一个错误，一个试图续写海王星发现传奇的美丽错误。用万有引力定律可以准确地计算出行星的运行轨道，但是天王星在1781年被发现后，其计算结果却总是和观测结果稍有不符，于是天文学家们想到是不是在天王星之外还有一颗大行星在干扰它的运行。根据这个设想，1846年法国数学家勒威耶计算出了这颗未知行星的轨道，并说服德国天文学家伽勒根据其计算结果进行观测，果然在当年9月23日在勒威耶预测的位置附近发现了一颗比天王星还大的行星——海王星。

但是海王星的存在似乎还不足以完全解释天王星轨道的异常，而对海王星轨道的计算结果似乎也与观测结果不符，于是到19世纪末，人们又开始怀疑是否在海王星之外也有一颗大行星——X行星在干扰其运行。1909年美国著名天文学家洛厄尔预测了X行星的位置，并开始了大规模的搜寻。在1916年洛厄尔死后，这项搜寻工作仍然持续下去。年轻的天文学家汤博在花了10个月的时间仔细比较不同时间拍摄的天空照片后，于1930年2月18日在洛厄尔预测的位置发现了一个移动的光点。3月13日，发现X行星的消息正式宣布，并在5月1日被命名为冥王星。

但是马上就有天文学家指出，冥王星不可能是X行星，它出现在洛厄尔预测的位置上纯属偶然，因为冥王星实在是太小了，不可能对其他大行星的运行产生影响。随着研究的深入，冥王星似乎“变得”越来越小。1978年冥王星的卫星卡戎被发现了，这样就可以比较准确地测定冥王星的质量和直径。它比以前估计的都要小得多，直径只有大约2300千米，比月球（直径3400多千米）还小，质量更是只有月球的1/6（因为冥王星大部分由冰组成）。至于X行星很可能是不存在的，当初人们之所以怀疑有未知行星在干扰天王星和海王星的运行，是由于错误估计了天王星和海王星的质量。

2．冥王星的出局过程

既然冥王星这么小，就不由让人怀疑它是否还有资格算得上是大行星。而且冥王星的行踪古怪，和其他大行星太不一样。其他大行星的公转轨道基本上都在同一个平面上，而且都接近正圆形，但是冥王星的轨道却是“倾斜”的，并且严重偏离圆形。不过真正让冥王星的地位出现危机的是“库伊伯带”的发现。在1951年，美国天文学家库伊伯推测在海王星之外存在许多小天体，它们是短期彗星的来源。自1992年以来，天文学家的确在这个区域陆续发现了几百个小天体，这个区域因此被称为“库伊伯带”，而冥王星也位于“库伊伯带”，不过是“库伊伯带”天体中比较显著的一个。许多天文学家相信冥王星其实就是一颗大彗星，如果它的轨道靠近太阳的话，也会出现慧尾。

1999年，国际天文学联合会确认冥王星的大行星地位，否定了冥王星是彗星的说法，不仅因为冥王星比已知的彗星都大，而且冥王星还有已知的彗星都没有的东西——卫星。但是如果将接近这一大小和质量的行星都称作大行星的话，2003年美国天文学家布朗发现的2003UB313（昵称“齐娜”），直径约2400千米，难怪布朗称他发现了太阳系第十大行星。另外直径在1000千米左右的还有不少。照此下去，新发现的大行星会不断增加，还存在着原来归入小行星的大个子升格成为大行星的可能。这就是国际天文学界遇到的新问题。

解决这个新问题的任务交给了2006年8月在布拉格举行的国际天文联合会第26届大会。这次大会本来还是想要保住冥王星的行星地位的，提出了两个解决方案。一是扩大大行星的队伍，给出一个大家可以接受的下限；二是重新定义行星，根据人们对太阳系的新认识，对太阳系天体给予重新分类。第一方案中按照行星定义委员会一开始提出的行星定义，只要环绕太阳并能保持球形的天体都是行星，太阳系的大行星数目将增加到12颗，除了原来的9颗，还增加了谷神星（原小行星带中最大的小行星）、齐娜和冥王星的卫星卡戎。另外还有十几颗新发现的符合条件的天体正在等待加入，符合行星条件的天体最终可能有上百颗。这个准备了两年的方案在大会表决之前就遭到众多反对，于是委员会匆匆忙忙对行星定义加了限制，在让行星数目缩水的同时也不得不放弃了拯救冥王星的努力，另设一个分类——“矮行星”收容冥王星这些弃儿。在各方对行星定义表决草案多次修改之后，形成了第二方案。第二方案包含四个草案：

表决草案一：确定八颗“行星”。行星必须要符合三个条件：该天体要绕着太阳公转；有足够大的质量，要能够依靠自身的重力作用，通过流体静力学平衡，使自身形状达到近似球形；该天体在公转区域中起着支配性的作用，不受轨道上相邻天体的干扰。按照该方案，金星、土星、木星、水星、地球、火星、天王星、海王星为太阳系八颗行星。矮行星须具备四个条件：该天体要绕着太阳公转；有足够大的质量，要能够依靠自身的重力作用，通过流体静力学平衡，使自身形状达到近似球形；该天体在公转区域中不具备支配性的作用，受轨道上相邻天体的干扰；该天体不是卫星。据此，冥王星、谷神星、卡戎星和2003UB313（齐娜星）将被归入矮行星行列。国际天文学联合会将建立一个程序对接近矮行星和其他分类边界的天体进行评估。除此其他所有的围绕太阳公转的天体均称为“太阳系小天体”。

表决草案二：确定“经典行星”。将草案一中的“行星”改为“经典行星”，其他各项相同。按照该方案，金星、土星、木星、水星、地球、火星、天王星、海王星为太阳系八个经典行星。

表决草案三：确定新天体。在草案一和草案二将冥王星定义为一种矮行星的基础上，将其认定为新一类海（王星）外天体的原型。

表决草案四：确定新天体名称。在草案三基础上，将该天体原型称为“类冥王星天体”。

经过一番努力后，大会终于将包含四个草案文本的第二方案发放到与会代表手中，并就此进行表决。最终，一号草案优势明显地获得通过。这一决议通过并生效后，金星、土星、木星、水星、地球、火星、天王星和海王星成为太阳系八颗行星，而冥王星与谷神星、卡戎星和2003UB313（齐娜星）一起，被归入矮行星，无缘行星行列。此外，三号决议草案以微弱优势获得通过。该草案中，冥王星在被定义为矮行星的基础上，又被认定为新一类海（王星）外天体的原型。这在一定意义上也是对冥王星地位的一种承认，它成为这类新称号天体的代表。二号和四号决议草案被否决未获通过。在新的行星定义下，不再称大行星，今后那些新发现的类冥王星天体也将归入矮行星行列，其他太阳系天体通称小天体。

3．行星新定义

第26届国际天文学联合会代表大会决议：“当前的观测正在改变我们对太阳系的了解。重要的是，我们对天体的命名需要反映我们目前的认识。特别地，这也适用于对‘行星’的确认。最开始‘行星’这个字描述的只是以夜空中移动的光点为人所知的‘游荡者’。最近的发现迫使我们根据现在能够得到的科学信息对它给出一个新的定义。这里我们不考虑‘行星’和‘恒星’之间的上界。”由此，国际天文学联合会决定行星和其他太阳系天体按下述途径定义：

[1]行星是一个满足以下条件的天体：[a]具有足够的质量以使得它的自引力可以克服刚体应力从而使它表现出流体静力学平衡的（近圆的）形状①，并且[b]在围绕一颗恒星的轨道运行，本身既不是一颗恒星也不是一个行星的一个卫星②。

[2]在1900年以前发现的八颗经典行星，它们都在接近黄道面的近圆轨道运动，与其他绕日轨道上的行星际天体是有区别的。所有这些其他天体都比水星小。谷神星按以上的科学定义属于行星。由于历史原因，可以选择把谷神星叫做“矮行星”③，以有别于经典行星。

[3]冥王星按照上述科学定义也是行星，对近期发现的几个大的海王外天体也同样如此。与经典行星相反，这些天体一般具有大偏心率的高倾角轨道，轨道周期超过200年。把这类以冥王星为首的行星际天体归为一个新类，叫做“类冥行星”。

[4]所有绕日运动的不是行星的天体应被统称为“太阳系小天体”④。

4．如何理解行星的新定义

天体质量在太阳系天体的新分类中起着关键作用。在天文学上这一区分始见于恒星。一个天体的质量如果大于木星质量的50倍，将会成为本身能发光的恒星，质量决定着恒星的分类、恒星的演化和最终归宿。太阳系天体如果其质量足够大，由于自身引力大而演化为一个球形天体，并维持自身绕太阳的独立轨道，不是挤走就是吸收了在它轨道上的其他天体，这个清扫过程使它们形成了独立的轨道，这样的天体所以被称作行星取决于它们的质量。冥王星由于质量太小，它的轨道与海王星轨道交叉，没有形成自己独立的绕日运行轨道，故归类于矮行星，这和恒星分巨星、矮星出于一辙。矮行星并未改变它围绕太阳旋转，受太阳引力制约的性质，只是表明其影响力不能与其他行星相比。所以行星的新定义按质量形成的影响力而单划作一类是科学的，比过去的模糊概念进了一大步，是天文史上的一件大事。这表明广大天文学家有智慧和能力应对人们对宇宙的新发现。

本次国际天文学联合会大会的投票表决结果是历史性的，它让困扰天文学界多年的问题终于有了一个明确的答案，符合人类目前对太阳系的认识。有人认为，这一结果是科学对文化与历史影响的空前胜利；但也有一些天文学家认为，此次有关行星的定义标准存在缺陷，提出要对行星进行重新定义，并进行更广泛的表决投票。看来，科学问题不只包含科学的概念，还包含文化、历史、社会，甚至更多。人类对科学的认识本来就是一个渐进的过程，是一个在争论中不断发展、深入的过程。有的争论会由于新的证据的出现而得到了解决，但是也有的已经被认为有了定论的问题却由于新的证据的出现又再度引发了争论。

当然，第26届国际天文学联合会代表大会的决议和行星的新定义也不是尽善尽美的，国际天文学联合会将建立一个程序对接近矮行星和其他分类边界的天体进行评估。据报道，目前已有12颗天体被列入国际天文学联合会“矮行星候选名单”，随着更多新天体被发现以及现有候选天体的物理学更为科学家所知，这一名单会不断变化，预计在未来数年公布更多的矮行星。另外，国际天文学联合会还将制订解决模糊案例的规定。

冥王星的出局是人类在探索太阳系的过程中一个阶段性的成果，是符合客观实际的；同时，冥王星落选行星队伍丝毫没有减低研究它的意义。从太阳系形成的历史看，重的元素留在了离核心天体太阳的附近，轻的元素分布在距离太阳较远的行星上，从而造成行星不同的特色。这是因为越是靠近太阳，受到的引力越大，越是靠近太阳，其环境的温度也越高。在距离太阳35～1000个天文单位处，与行星处于同一平面的地方，存在着一个包含多达10亿颗天体的库伊伯带，这里是远离太阳的地方，太阳温度在这里几乎没有影响。这些天体残留有太阳系形成的早期信息。冥王星很可能原来就是柯伊伯带的天体。对它们的深入研究，有助于揭示太阳系早期状态。