冥王星

宋楠

今年是冥王星發(fā)現(xiàn)90周年。

冥王星曾被列為太陽系九大行星，后來又被逐出大行星行列，降級為矮行星。然而冥王星從未淡出人們的視野，2015年7月，在美國“新視野”號探測器拍攝的一張冥王星近距離照片上，一個大大的愛心圖案再次讓冥王星成為熱門話題。

現(xiàn)身——萬眾期待下的發(fā)現(xiàn)

在冥王星被發(fā)現(xiàn)之前，人們已經(jīng)在太陽周圍找到了8顆行星，其中最后發(fā)現(xiàn)的海王星又被稱為“筆尖上的行星”。法國天文學(xué)家勒維耶利用天王星軌道受到其他天體引力作用的影響，計算出了它外圍可能存在另一顆行星的位置。他把自己的計算結(jié)果告知柏林天文臺的約翰·加勒，讓他幫忙搜尋。果不其然，1846年，加勒和他的學(xué)生海因里希·達(dá)雷斯特發(fā)現(xiàn)了海王星的蹤跡，它的實(shí)際位置與勒維耶計算推測的位置之間，僅僅只有1°的偏差。海王星也因此成為第一顆先通過數(shù)學(xué)計算得到位置、再利用望遠(yuǎn)鏡觀察證實(shí)的行星，因此被冠以“筆尖上的行星”的稱號。

海王星被發(fā)現(xiàn)后，人們發(fā)現(xiàn)海王星的引力影響并不能完全解釋天王星軌道的變化，因此推測應(yīng)該還有其他天體在外圍運(yùn)動，影響著天王星和海王星的軌道。許多科學(xué)家紛紛給出自己的結(jié)果，都想要通過自己的計算，復(fù)制海王星后下一個“筆尖上的行星”傳奇。但更遙遠(yuǎn)的距離，更小的軌道偏差，無疑使尋找海王星外的新行星難度陡增。

在諸多苦苦搜尋新行星的人群中不得不提的一個名字，是帕西瓦爾·洛厄爾。這位身家不菲的波士頓人，于1984年在亞利桑那州的弗拉格斯塔夫創(chuàng)建了洛厄爾天文臺，這也是天文臺為了獲得更好的觀測環(huán)境，第一次被建造在遠(yuǎn)離人煙的高海拔地區(qū)。洛厄爾利用天文臺上的望遠(yuǎn)鏡，致力于兩項個人非常癡迷的天文工作，一項是在火星上尋找運(yùn)河的痕跡，另一項便是搜尋海王星外可能存在的未知行星，他稱之為X行星。

第一次世界大戰(zhàn)和天文研究的不順對洛厄爾的身心造成了巨大打擊，1916年他不幸中風(fēng)逝世，洛厄爾天文臺的搜尋X行星計劃也被迫中斷。直到1929年，洛厄爾天文臺招募的23歲的年輕人克萊德·湯博繼續(xù)這項工作，神秘X行星的面目才得以被揭開。冥王星是1930年2月18日下午4點(diǎn)左右被湯博發(fā)現(xiàn)的。大家一定會好奇下午4點(diǎn)左右天還沒黑，怎么可能看到星星？其實(shí)湯博并非直接用望遠(yuǎn)鏡觀測到冥王星，而是通過一種特殊的方法找到的冥王星。

湯博發(fā)現(xiàn)冥王星使用的是一種叫作“閃爍對比器”的天文設(shè)備，它可以將兩張不同時間拍攝的同一星空區(qū)域圖片進(jìn)行快速來回切換，利用視覺殘留現(xiàn)象，使人眼覺察到兩張照片的微小差異，這有點(diǎn)類似于我們現(xiàn)在經(jīng)常玩的兩幅圖片找不同游戲。2月18日下午，勤奮的湯博正是通過反復(fù)比對拍攝于1月23日和29日的兩張照相底片，找到了一個當(dāng)時正位于雙子座中移動的小亮點(diǎn)，這便是后來被命名為冥王星的第九大行星。

爭議——搗亂的新天體們

自從冥王星被發(fā)現(xiàn)后，關(guān)于它的爭議就不斷出現(xiàn)，在整個20世紀(jì)之中，天文學(xué)家一直致力于對它軌道和質(zhì)量進(jìn)行測定。測得的冥王星質(zhì)量很小，小到不足以對天王星的軌道產(chǎn)生太多影響。而太陽系中其他新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)也一步步動搖著冥王星第九大行星的地位。

1978年，冥王星的第一顆衛(wèi)星——冥衛(wèi)一卡戎，被同樣位于亞利桑那州弗拉格斯塔夫小鎮(zhèn)上的美國海軍天文臺的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了。卡戎的發(fā)現(xiàn)使得天文學(xué)家可以通過兩顆星的繞轉(zhuǎn)來更好地確定它們的質(zhì)量，結(jié)果冥王星的質(zhì)量比前人估算的還要小，而冥衛(wèi)一卡戎的質(zhì)量卻有冥王星的十分之一，半徑更是達(dá)到了冥王星的一半。兩者軌道還形成了1∶1的潮汐鎖定軌道，也就是說冥王星和它的衛(wèi)星卡戎，都是彼此只有一面朝著對方繞轉(zhuǎn)，這在太陽系的行星中也是獨(dú)一份的。可以說，卡戎的種種性質(zhì)對冥王星的行星地位產(chǎn)生了動搖。

1992年，太陽系研究領(lǐng)域又迎來了一個劃時代的發(fā)現(xiàn)。夏威夷大學(xué)的戴維·朱伊特教授和他的研究生劉麗杏發(fā)現(xiàn)了一個海王星外的冰質(zhì)天體——1992QB1，這顆天體運(yùn)行的位置在著名天文學(xué)家杰勒德·柯伊伯預(yù)言的區(qū)域內(nèi)，成為人類第一個柯伊伯帶天體。從那以后，天文學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了1000多顆柯伊伯帶天體。其中發(fā)現(xiàn)的鬩神星、鳥神星和妊神星個頭都跟冥王星差不多大，并且大約有10%的柯伊伯帶天體周圍發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星。

要知道冥王星本身也位于柯伊伯帶內(nèi)，當(dāng)更多柯伊伯帶天體被發(fā)現(xiàn)后，冥王星在里面看起來并非特立獨(dú)行，假如它是行星，那新發(fā)現(xiàn)的這些個頭差不多的柯伊伯帶天體是否也應(yīng)該定義為行星？更多新發(fā)現(xiàn)帶來的，不僅僅是對于太陽系外側(cè)疆域認(rèn)知的擴(kuò)展，也真切威脅到了冥王星在太陽系中的地位。

此外，冥王星本身的諸多性質(zhì)也與其他八大行星不盡相同。譬如冥王星的質(zhì)量很小，只有八大行星中質(zhì)量最小的水星質(zhì)量的5%。它的軌道不是近圓軌道，而是一個扁橢圓，且與它相鄰的海王星軌道之間有交叉。冥王星的軌道除了很扁，傾斜也更大，與太陽系黃道面的夾角是17°，比其他行星中軌道傾角最大的水星還大得多。一些天文學(xué)家和天文科普工作者也在不斷思考著如何更好地定義冥王星在太陽系中的身份地位。

2006年第26屆國際天文學(xué)聯(lián)合會大會上，424名參會人員現(xiàn)場表決通過了新的行星定義，冥王星也就在官方被正式剔除出了行星的行列。

20世紀(jì)末，美國自然歷史博物館決定重建歷史悠久的海登天文館。新館的首任館長尼爾·泰森在組織場館的布展設(shè)計時，為冥王星如何在場館中安排位置而絞盡腦汁。到底在太陽系的展覽中，把冥王星歸于何處，令泰森費(fèi)盡了心思，他甚至組織了一場公開辯論，邀請5位立場不同的權(quán)威專家來闡述冥王星是否應(yīng)該作為第九大行星陳列。討論并沒形成最終結(jié)果。不過海登天文館最終在泰森牽頭下，決定采取一種與眾不同的方式介紹太陽系的天體們，即不再按照之前的慣例按順序列舉行星，而是按照性質(zhì)，把當(dāng)時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的太陽系內(nèi)諸多天體進(jìn)行分類展示：太陽作為老大哥單獨(dú)展示;接下來的類地行星有水星、金星、地球和火星;類木行星也就是氣態(tài)巨行星則有木星、土星、天王星和海王星;冥王星由于個頭重量的天然劣勢，自然無法歸于上面任一類，而是被放在了柯伊伯帶天體之中;更外圍處則是布滿活躍彗星的奧爾特云。

這種在當(dāng)時看來最科學(xué)合理的分類展示方法，卻在2000年海登天文館開館后引起了軒然大波。孩子們因為在參觀海登天文館時并不能找到書本上的第九大行星冥王星而困惑不已，媒體也借此大做文章。公眾對于冥王星地位的討論也驚動了天文學(xué)界的權(quán)威組織，成立于1919年的國際天文學(xué)聯(lián)合會，該組織負(fù)責(zé)所有天體的命名工作，冥王星的身份也最終由它來定奪。

降級——舉世矚目的投票表決

冥王星引起的爭議不僅僅是在公眾群體之中，科學(xué)家群體的意見也不盡相同。國際天文學(xué)聯(lián)合會經(jīng)過兩年多的委員會評議，仍然無法就該如何定義什么是行星達(dá)成一致，因此專門成立了行星定義委員會。行星定義委員會的專家通過討論，提出關(guān)于行星的定義，提交國際天文學(xué)聯(lián)合會大會進(jìn)行審議，經(jīng)過幾輪討論，最終把行星的定義提交大會全體在場科學(xué)家表決。

最新的行星定義由3條核心內(nèi)容組成：一個天體要圍繞太陽運(yùn)行，有足夠質(zhì)量能使自身接近于球形，并且能清空其鄰近軌道上的其他天體，才可以被稱之為行星。在這一定義之中，處于柯伊伯帶的冥王星，其軌道上還布滿了其他的小冰球——柯伊伯帶天體，新的行星定義實(shí)際上是將冥王星阻擋在了行星行列之外。

2006年8月24日，在捷克首都布拉格召開的第26屆國際天文學(xué)聯(lián)合會大會最后一天的會議上，在場的424名參會人員通過舉黃牌表示贊同的方式對新的行星定義進(jìn)行表決。現(xiàn)場沒有精確計票，而是以壓倒性多數(shù)票的結(jié)果，通過了新的行星定義。冥王星也就在官方被正式剔除出了行星的行列，重新被定義為一類天體——“矮行星”。跟它一起并入矮行星行列的，還有我們上文介紹過的幾個大個柯伊伯帶天體，以及一顆小行星——谷神星。

雖然國際天文學(xué)聯(lián)合會官方將冥王星降級為了矮行星，但投票的結(jié)果也招來了一些行星科學(xué)組織的強(qiáng)烈抗議。他們認(rèn)為參與投票的424名天體物理學(xué)家并不能代表所有參會的2000多名天體物理學(xué)家，更不可能代表國際天文學(xué)聯(lián)合會的上萬名會員。他們甚至還組織起來發(fā)表了抗議的請愿書，征集支持者簽名。

在不滿投票結(jié)果的人群中，有各種各樣的人，反對的理由也五花八門。有些人反對的是國際天文學(xué)聯(lián)合會簡單粗暴地通過重新定義行星概念并倉促表決，應(yīng)該有更加開明溫和的解決方案。而冥王星發(fā)現(xiàn)者湯博家鄉(xiāng)——新墨西哥州的議員，則是由議會通過一項紀(jì)念法案，宣布冥王星在該州范圍內(nèi)為行星，以此來表達(dá)對投票結(jié)果不滿?？傊?，冥王星被國際天文學(xué)聯(lián)合會降級的事件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單純的科學(xué)范疇，而是深入到了社會的方方面面。

重生——“比心”地球人

隨著時間的推移，公眾對于冥王星被降級的目光，逐漸被其他的新聞和事件所取代，而且隨著新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)和知識的傳播普及，更多的人也接受了冥王星成為矮行星的事實(shí)。就當(dāng)大多數(shù)人都淡忘了關(guān)于冥王星的爭論之時，2015年7月，美國宇航局公布的一張冥王星的近距離圖片，又把這顆飽受爭議的天體拉回到了人們的視野之中。2006年發(fā)射的“新視野”號探測器，在經(jīng)過9年多的漫長星際旅行，近距離飛越冥王星，在拍攝的冥王星“證件照”上，一個大大的愛心圖案震驚世界。這幅幾乎家喻戶曉的圖片，讓所有人第一眼看到都會愛不釋手。人們很難想象在太陽系黑暗深處的地方，冰冷環(huán)境下的冥王星，表面竟然呈現(xiàn)出了如此暖心的圖案。這顆經(jīng)歷了大起大落的天體，在很多人都幾乎淡忘它的時候，以這樣一種方式重新回歸到世人眼中。“比心”地球人，同時還有更多的科學(xué)結(jié)果被發(fā)現(xiàn)，無疑是一次華麗的轉(zhuǎn)身。心形區(qū)域被命名為“湯博區(qū)”，以此來紀(jì)念冥王星的發(fā)現(xiàn)者?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域是富含氮冰的平原。而拍攝冥王星的“新視野”號探測器上，也搭載了湯博的骨灰。

冥王星跌宕起伏的經(jīng)歷，因為身世變遷而被世人格外關(guān)注。類似于它被修正為矮行星前后的故事，在天文學(xué)研究乃至更廣泛的科學(xué)研究探索中，可以說比比皆是。

◎ 來源|北京日報