冥王星的“前世”與“今生”

1930年，24歲的大學(xué)生唐波用自制的天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了冥王星。

2006年，第26屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)投票，冥王星被降級(jí)為矮行星。

英國(guó)小女孩維尼蒂婭·伯尼。

今年是冥王星發(fā)現(xiàn)90周年。

冥王星曾被列為太陽(yáng)系九大行星之一，但后來(lái)被逐出主行星行列，降級(jí)為矮行星。然而冥王星卻從未從人們的視野中消失。 2015年7月，美國(guó)“新視野”號(hào)探測(cè)器拍攝的冥王星特寫(xiě)照片中，一顆大大的心形圖案再次讓冥王星成為熱門話題。

正如中國(guó)著名天文科普作家卞玉林教授所言：“如果把冥王星比作一個(gè)人，那么他的輝煌出道、被爭(zhēng)議、被踢出局、重新回到聚光燈下的經(jīng)歷就可以形容。作為起伏?！?

1

出現(xiàn)——

萬(wàn)眾期待的發(fā)現(xiàn)

在冥王星被發(fā)現(xiàn)之前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了八顆圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星，而最后發(fā)現(xiàn)的一顆海王星也被稱為“筆尖上的行星”。法國(guó)天文學(xué)家勒維耶利用天王星軌道受到其他天體引力影響的影響，計(jì)算出其外圍另一顆行星的可能位置。他將自己的計(jì)算結(jié)果告知了柏林天文臺(tái)的約翰·加勒，并請(qǐng)求他幫助搜尋。果然，1846年，加勒和他的學(xué)生海因里?！み_(dá)雷斯特發(fā)現(xiàn)了海王星的蹤跡。它的實(shí)際位置與勒威耶計(jì)算預(yù)測(cè)的位置之間僅存在1的偏差。海王星因此成為第一顆先通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算獲得位置，然后通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)確認(rèn)的行星，因此被稱為“筆尖上的行星”。

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(cè)，外圍應(yīng)該還有其他天體在運(yùn)動(dòng)，影響著天王星和海王星的軌道。很多科學(xué)家都給出了自己的結(jié)果，希望通過(guò)自己的計(jì)算，復(fù)制海王星之后的下一個(gè)“筆尖上的行星”的傳說(shuō)。公眾也期待在有生之年見(jiàn)證新行星發(fā)現(xiàn)的歷史。但更遠(yuǎn)的距離和更小的軌道偏差無(wú)疑會(huì)讓尋找海王星以外的新行星變得更加困難。

在眾多努力尋找新行星的人中，有一個(gè)不得不提的名字就是珀西瓦爾·洛厄爾。這位富有的波士頓人于1984年在亞利桑那州弗拉格斯塔夫建立了與他同名的洛厄爾天文臺(tái)。這也是第一次在遠(yuǎn)離人類居住的高海拔地區(qū)建造天文臺(tái)，以獲得更好的觀測(cè)環(huán)境。洛厄爾利用天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡致力于兩項(xiàng)他非常癡迷的天文任務(wù)。一是尋找火星上運(yùn)河的痕跡，二是尋找海王星之外可能存在的未知行星，他將其稱為Planet X。

第一次世界大戰(zhàn)和天文學(xué)研究的困難給洛厄爾的身心造成了巨大的傷害。不幸的是，他于1916年因中風(fēng)去世，洛厄爾天文臺(tái)尋找X行星的計(jì)劃也被暫停。直到1929年，洛厄爾天文臺(tái)招募了23歲的年輕人克萊德·湯博繼續(xù)這項(xiàng)工作，神秘的X行星的面貌才得以揭開(kāi)。

冥王星是湯博于1930 年2 月18 日下午4 點(diǎn)左右發(fā)現(xiàn)的。您可能想知道下午4 點(diǎn)左右天還沒(méi)黑怎么可能看到星星？事實(shí)上，湯博并沒(méi)有直接用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)冥王星，而是通過(guò)特殊的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星。

唐波發(fā)現(xiàn)冥王星使用了一種名為“閃爍對(duì)比器”的天文裝置，可以在不同時(shí)間拍攝的同一星空區(qū)域的兩張照片之間快速來(lái)回切換，利用視覺(jué)殘留現(xiàn)象使人眼察覺(jué)到兩張照片。細(xì)微的差別有點(diǎn)類似于我們現(xiàn)在經(jīng)常玩的找兩張圖片不同的游戲。 2月18日下午，勤奮的唐博通過(guò)反復(fù)對(duì)比1月23日和29日拍攝的兩幅攝影底片，發(fā)現(xiàn)了雙子座里有一個(gè)正在移動(dòng)的小亮點(diǎn)，后來(lái)將其命名為冥王星。第九行星。

2

爭(zhēng)議——

麻煩的新天體

自從冥王星被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，關(guān)于它的爭(zhēng)議就不斷出現(xiàn)。整個(gè)20世紀(jì)，天文學(xué)家一直致力于確定它的軌道和質(zhì)量。測(cè)得的冥王星質(zhì)量很小，不足以對(duì)天王星軌道產(chǎn)生太大影響。而太陽(yáng)系的其他新科學(xué)發(fā)現(xiàn)也正在逐漸動(dòng)搖冥王星第九行星的地位。

1978 年，同樣位于亞利桑那州弗拉格斯塔夫的美國(guó)海軍天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了冥王星的第一顆衛(wèi)星—— 卡戎。卡戎的發(fā)現(xiàn)使天文學(xué)家能夠根據(jù)兩顆恒星的軌道更好地確定它們的質(zhì)量。因此，冥王星的質(zhì)量比之前的估計(jì)要小，而卡戎的質(zhì)量是冥王星的十分之一，半徑是冥王星的一半。這兩條軌道還形成了1:1的潮汐鎖定軌道，這意味著冥王星和它的衛(wèi)星卡戎只有一側(cè)彼此相對(duì)運(yùn)行，這在太陽(yáng)系行星中是獨(dú)一無(wú)二的?？梢哉f(shuō)卡戎的種種屬性動(dòng)搖了冥王星的行星地位。

時(shí)間來(lái)到1992年，太陽(yáng)系研究領(lǐng)域迎來(lái)了又一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。夏威夷大學(xué)教授大衛(wèi)·朱厄特和他的研究生劉力行在海王星之外發(fā)現(xiàn)了一個(gè)冰冷天體，——1992QB1。這個(gè)天體移動(dòng)到了著名天文學(xué)家杰拉德·柯伊伯預(yù)測(cè)的區(qū)域，成為人類的首次發(fā)現(xiàn)?？乱敛畮祗w。從那時(shí)起，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了1000 多個(gè)柯伊伯帶天體。已發(fā)現(xiàn)的鬩神星、鳥(niǎo)神星和Haumea恒星的大小都與冥王星差不多。大約10% 的柯伊伯帶天體周圍都發(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)更多的柯伊伯帶天體被發(fā)現(xiàn)時(shí)，冥王星似乎并不是其中獨(dú)一無(wú)二的。如果是行星，這些新發(fā)現(xiàn)的大小相近的柯伊伯帶天體是否也應(yīng)該被定義呢？為了行星？那樣的話，太陽(yáng)系中的行星豈不是越來(lái)越多了？更多的新發(fā)現(xiàn)不僅會(huì)擴(kuò)大對(duì)太陽(yáng)系外域的認(rèn)識(shí)，還會(huì)嚴(yán)重威脅冥王星在太陽(yáng)系中的地位。

此外，冥王星本身還有很多與其他八顆行星不同的特性。例如，冥王星的質(zhì)量很小，只有水星質(zhì)量的5%，是八顆行星中最小的。它的軌道不是近圓形軌道，而是扁橢圓形；它與鄰近的海王星軌道相交。在冥王星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)248年的過(guò)程中，它比海王星距離太陽(yáng)更近的時(shí)間有20年。除了非常平坦之外，冥王星的軌道也更加傾斜。與太陽(yáng)系黃道面的夾角為17，比水星大得多，水星是其他行星中軌道傾角最大的?？梢哉f(shuō)，冥王星正處于“內(nèi)憂外患”的境地。一些天文學(xué)家和天文科普工作者也在不斷思考如何更好地界定冥王星在太陽(yáng)系中的地位。

20世紀(jì)末，美國(guó)自然歷史博物館決定重建歷史悠久的海登天文館。新館首任館長(zhǎng)尼爾·泰森在組織場(chǎng)館展覽設(shè)計(jì)時(shí)，絞盡腦汁思考如何安排冥王星在場(chǎng)館的位置。要知道，雖然當(dāng)時(shí)科學(xué)界對(duì)冥王星的行星地位存在諸多質(zhì)疑，但在普通大眾心目中，冥王星第九行星的地位已經(jīng)持續(xù)了70年，在人群中擁有不少支持者。

泰森糾結(jié)于將冥王星放在太陽(yáng)系展覽中的哪個(gè)位置。他甚至組織了一場(chǎng)公開(kāi)辯論，邀請(qǐng)了五位不同立場(chǎng)的權(quán)威專家來(lái)解釋冥王星是否應(yīng)該被顯示為第九行星。討論并未得出最終結(jié)果。不過(guò)，海登天文館在泰森的領(lǐng)導(dǎo)下，最終決定采用獨(dú)特的方式來(lái)介紹太陽(yáng)系的天體。即不再按照之前的做法按順序列出行星，而是按照性質(zhì)列出當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系中的行星。許多天體都是分類顯示的：太陽(yáng)作為老大哥單獨(dú)顯示；接下來(lái)的類地行星是水星、金星、地球和火星；類木行星，也稱為氣態(tài)巨行星，包括木星、土星、天王星和海王星；冥王星由于其尺寸和重量的天然缺點(diǎn)是它不能被歸入上述任何類別，而是被置于柯伊伯帶天體之中；再遠(yuǎn)一點(diǎn)是充滿活躍彗星的奧爾特云。

這種在當(dāng)時(shí)看來(lái)最科學(xué)合理的分類和展示方法，在2000年海登天文館開(kāi)放后引起了軒然大波。孩子們參觀海登天文館時(shí)，找不到第九行星冥王星，一頭霧水。書(shū)籍、媒體對(duì)此大肆宣傳。關(guān)于冥王星地位的公開(kāi)討論也驚動(dòng)了天文學(xué)界的權(quán)威組織——1919年成立的國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)。這個(gè)組織負(fù)責(zé)所有天體的命名，冥王星的身份最終由它決定。

3

降級(jí)——

一場(chǎng)舉世矚目的投票

冥王星不僅引起了公眾的爭(zhēng)議，也引起了科學(xué)家的爭(zhēng)議。經(jīng)過(guò)兩年多的委員會(huì)審議，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)仍然無(wú)法就如何定義行星達(dá)成一致，因此成立了行星定義委員會(huì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。行星定義委員會(huì)專家經(jīng)過(guò)討論提出了行星的定義，并提交國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)審查。經(jīng)過(guò)多輪討論，行星的定義最終提交與會(huì)科學(xué)家投票表決。

行星的最新定義包含三個(gè)核心內(nèi)容：天體必須繞太陽(yáng)運(yùn)行、有足夠的質(zhì)量使其接近球體、清除其附近軌道上的其他天體，才能被稱為行星。在這個(gè)定義中，位于柯伊伯帶的冥王星，其軌道上還有其他小冰球——個(gè)柯伊伯帶天體，因此不滿足上述條件。新的行星定義實(shí)際上將冥王星排除在行星行列之外。外部。

2006年8月24日，在捷克首都布拉格舉行的第26屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)的最后一天，與會(huì)的424名與會(huì)者通過(guò)舉黃牌的方式對(duì)新的行星定義進(jìn)行了投票以示贊同。沒(méi)有精確的計(jì)票，但新的行星定義以壓倒性多數(shù)通過(guò)。冥王星被正式從行星行列中刪除，并重新定義為一種天體——“矮行星”。加入矮行星行列的還有我們上面介紹的幾個(gè)大型柯伊伯帶天體，以及一顆小行星—— 谷神星。

雖然國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)正式將冥王星降級(jí)為矮行星，但投票結(jié)果也引發(fā)了一些行星科學(xué)組織的強(qiáng)烈抗議。他們認(rèn)為，參加投票的424名天體物理學(xué)家并不能代表參加會(huì)議的2000多名天體物理學(xué)家的全部，更不能代表國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)數(shù)萬(wàn)名會(huì)員。他們甚至組織并發(fā)表了抗議請(qǐng)?jiān)笗?shū)以收集支持者的簽名。

對(duì)投票結(jié)果不滿意的人中，形形色色，反對(duì)的理由也五花八門。一些人反對(duì)的是，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)干脆重新定義了行星的概念，并倉(cāng)促投票。應(yīng)該有一個(gè)更開(kāi)明、更溫和的解決方案。冥王星發(fā)現(xiàn)者湯博的家鄉(xiāng)——新墨西哥州的議員們?cè)趪?guó)會(huì)通過(guò)了一項(xiàng)紀(jì)念法案，宣布冥王星為該州境內(nèi)的行星，以表達(dá)對(duì)國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)及其杰出同胞的不滿。湯博發(fā)現(xiàn)冥王星。一些音樂(lè)家創(chuàng)作了歌曲來(lái)歌頌冥王星，同時(shí)表達(dá)對(duì)其身世的不滿和悲傷。占星協(xié)會(huì)聲稱，官方宣布冥王星降級(jí)影響了他們的星座運(yùn)勢(shì)。簡(jiǎn)而言之，冥王星被國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)降級(jí)的事實(shí)不僅僅是天文學(xué)家之間的爭(zhēng)論。這件事已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了純科學(xué)的范圍，已經(jīng)滲透到社會(huì)的各個(gè)方面。

4

重生——

與地球人“比較心”

就像所有新聞一樣，隨著時(shí)間的推移，公眾對(duì)冥王星降級(jí)的關(guān)注逐漸被其他新聞和事件所取代，并且隨著新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)和知識(shí)的傳播，越來(lái)越多的人也接受了這樣一個(gè)事實(shí)：冥王星已成為一顆矮行星。冥王星仍在太陽(yáng)系深處的軌道上正常運(yùn)行，完全沒(méi)有受到人類對(duì)它定義變化的影響。

正當(dāng)大多數(shù)人都忘記了關(guān)于冥王星的爭(zhēng)議時(shí)，2015年7月，NASA發(fā)布了一張冥王星的特寫(xiě)照片，讓這個(gè)備受爭(zhēng)議的天體重新回到了人們的視野中。 2006年發(fā)射的“新視野號(hào)”探測(cè)器，經(jīng)過(guò)九年多的漫長(zhǎng)星際旅行，近距離飛越冥王星。在冥王星拍攝的“證件照”上，一個(gè)巨大的心形圖案震驚了世界。這幾乎是家喻戶曉的畫(huà)面，讓所有人第一眼就愛(ài)上了它。人們很難想象，處于太陽(yáng)系黑暗深處、冰冷環(huán)境中的冥王星，其表面會(huì)有如此暖心的圖案。這個(gè)經(jīng)歷了風(fēng)風(fēng)雨雨的天體，在很多人都快忘記的時(shí)候，又以這樣的方式回到了世人的眼前。與地球人“心比心”，同時(shí)發(fā)現(xiàn)更多的科學(xué)成果，無(wú)疑是一次華麗的轉(zhuǎn)折。這個(gè)心形區(qū)域被命名為“湯博區(qū)”，以紀(jì)念冥王星的發(fā)現(xiàn)者?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)該地區(qū)是一片富含氮冰的平原。拍攝冥王星的“新視野”號(hào)探測(cè)器也攜帶著湯博的骨灰。

冥王星的坎坷經(jīng)歷因其特殊的生命變化而受到世人的特別關(guān)注。與被修改為矮行星前后的故事類似的故事，在天文學(xué)研究乃至更廣泛的科學(xué)研究探索中可以說(shuō)比比皆是。未知領(lǐng)域的研究和探索往往是在不斷修正中取得進(jìn)展的。人類不可能一下子認(rèn)識(shí)整個(gè)宇宙。隨著科技的不斷進(jìn)步和研究的深入，之前的很多認(rèn)知也會(huì)不斷演化。改變，甚至徹底推翻?？茖W(xué)進(jìn)步的動(dòng)力在于勇于質(zhì)疑和挑戰(zhàn)權(quán)威，不迷信固有知識(shí)，不迎合人的主觀意志，經(jīng)過(guò)認(rèn)真驗(yàn)證得出科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)果。

追根溯源

11歲女孩

名稱冥王星

1930 年，湯博發(fā)現(xiàn)了行星，洛厄爾天文臺(tái)擁有該行星的命名權(quán)，來(lái)自世界各地的數(shù)千個(gè)建議名稱紛紛涌現(xiàn)。最終，來(lái)自英國(guó)牛津的11歲女孩Venetia Burney的提議得到了洛厄爾天文臺(tái)全體工作人員的一致認(rèn)可。她以在學(xué)校古代神話課上學(xué)到的掌管黑暗帝國(guó)的死神冥王星——，將這顆位于太陽(yáng)系黑暗深處的行星命名為冥王星。 Pluto的前兩個(gè)字母PL，恰好是天文臺(tái)創(chuàng)始人珀西瓦爾·洛厄爾的縮寫(xiě)。

終身學(xué)習(xí)

后冥王星時(shí)代

尋找九號(hào)行星

加州理工學(xué)院的邁克·布朗和康斯坦丁·巴特金發(fā)現(xiàn)一些柯伊伯帶天體的軌道異常。他們推測(cè)太陽(yáng)系中應(yīng)該存在一顆未被發(fā)現(xiàn)的“第九行星”，其質(zhì)量是地球質(zhì)量的5-10倍。它距太陽(yáng)的距離是日地距離的400-800倍，軌道傾角為15-25。這就是“九號(hào)行星假說(shuō)”。由于距離太陽(yáng)較遠(yuǎn)，“九號(hào)行星”可能非常微弱，至今尚未發(fā)現(xiàn)其存在的證據(jù)。一些天文學(xué)家還表示，“第九行星”并不存在，軌道異常的原因可能不是單個(gè)大質(zhì)量行星，而是一群天體。