114-尼爾.德格拉斯.泰森：我為什麼要與冥王星過不去

https://www.youtube.com/watch?v=ztLZcvtVIo4&t=2641s

我今天要談一下冥王星。咱們首先回顧一下很久以前的歷史吧。曾幾何時人類很清楚宇宙當中共有七大行星，行星一詞也在古希臘人手下得到了確定無疑的定義。希臘語當中的行星一詞意為「遊盪者」， 換句話說相對天空背景做運動的天體就是行星。七大行星分別是水星、金星、火星、木星、土星、太陽與月亮。這套分類毫無異議，人人都同意這七個天體就是七大行星。這七個源自羅馬與北歐神話的名字如今成為了一周七天的名稱。例如周六（Saturday）源自土星（Saturn），周日（Sunday）源自太陽（sun），周一（Monday）源自月亮（moon）。

幾千年後出了個哥白尼。他在1543年提出太陽是所有天體的中心。假如地球就像其他被我們稱作行星的天體一樣繞太陽運行，那麼地球也是行星。1543年《天體運行論》出版之後，波蘭天文學家兼數學家尼可拉斯.哥白尼幾乎在一夜之間就顛覆了慣常的行星數量。七大行星先是少了兩個——太陽與月亮被開除了——然後又多了一個——地球成為了行星。於是七大行星就變成了六大行星。但是此時人們對於行星的定義依然很不正式：「你繞著太陽轉嗎？那就行了。」

到了十七世紀末，又出了個威廉.赫歇爾，著名英國天文學家。他擁有全英國最大的天文望遠鏡，整夜整夜地搜索夜空。有一天他碰巧發現了一個行星。在此之前還從沒有人發現過新的行星，因此一開始他並沒往這方面去想。根據他的觀察筆記，他還以為自己發現了一顆彗星。彗星很常見，很多人都發現過彗星。可是誰也不應該發現行星，因為行星都是從來就存在的。所以赫歇爾在筆記里寫道：「很有趣的彗星，居然沒有慧尾。」後來他才逐漸意識到這是顆行星。接下來的步驟是給這個行星命名。就像一切正派體面的科學研究人員一樣，赫歇爾決定用金主——也就是喬治三世國王——的名字為行星命名。於是在接下來的五十年里，天文課本上赫然寫著太陽系有七大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、喬治（笑聲）。

在此之前從沒有人給行星起過名字。因此儘管大家都覺得喬治星怎麼看怎麼彆扭，但是誰也說不出究竟哪裡彆扭。最後人們意識到此前的行星都用羅馬神祇來命名，這顆新行星也不該例外。但是當時的英國無論在經濟、政治、文化還是軍事方面都是全球第一，因此誰都不想招惹他們。如果想用羅馬神祇的名字給喬治星改名，就必須在其他方面做出讓步。在此之前，為行星的衛星命名的傳統是選取該行星對應的羅馬神話角色在希臘神話當中的對應角色。比方說木衛三起名叫做蓋尼米得，此人是宙斯的僕從，而宙斯又是朱庇特在希臘神話當中的對應者。赫歇爾發現的天王星是唯一不受這條規則制約的行星。天王星的衛星全都以莎士比亞戲劇的角色來命名，天衛十五是帕克，天衛四是奧伯朗，天衛十二是波西婭，等等。

我之所以領著大家繞了這麼一大段彎路，是因為現在我們有了一顆新行星天王星，這顆行星距離太陽要比當時已知距離太陽最遠的土星還要遠得多。人們檢查了天王星的運行軌跡，發現這條軌跡並不完全符合牛頓萬有引力定律的預測。我們知道這顆行星應當怎樣繞太陽運行，可它偏偏不這麼運行，而是有著很小的偏差。這一來人們就擔心了，因為誰都沒有在距離太陽這麼遠的地方檢驗過牛頓定律是否可行。也許牛頓定律存在著功能限制呢？也許超過限制之後就不靈了呢？那麼是否應當立刻拋棄牛頓定律呢？要知道牛頓可聰明了，牛頓定律可管用了。拋棄牛頓定律只能是無可奈何的最後一招。因此人們又說：「興許更遠處還有一個天體，它的引力影響了天王星的軌道。」於是大家逆轉了牛頓的公式：「為了按照現在的方式影響天王星軌道所必需的引力源頭在哪裡呢？」當時的數學大師們計算一番之後指出：「肯定就在那兒！」大家往那兒一看，果然發現了海王星。現在我們知道牛頓定律一直到天王星這麼遠的地方都好用，也知道距離太陽最遠的行星是海王星。可是海王星的運轉軌跡同樣不遵守牛頓定律。這一回誰也不說牛頓有問題了，大家都開始尋找這顆影響了海王星軌道的X行星，不過幾十年來一直沒找著。

咱們先加個書籤，回頭說說1801年。人們一直都知道火星與木星之間存在著一大片空白空間。人們心想：「這裡會不會還有一顆行星呢？」這時候天文望遠鏡的質量正變得越來越好，這意味著人們能夠看到更遠處的明亮天體或者近處的更暗淡天體。1801年1月1日，人們果然發現火星與木星之間有一顆新行星。大家按照傳統用羅馬神祇的名字為這顆新行星命名，名叫穀神星（Ceres）。順便說一句，ceres也是麥片（cereal）一詞的詞根。大家都很興奮並且繼續尋找，很快又在穀神星附近找到了一顆行星。可是接下來他們還找到了第三、第四乃至第五顆行星。在發現穀神星之後的五十年里人們就在附近找到了四顆行星，接下來幾年隨著望遠鏡技術的不斷改良又發現了十好幾顆。人們於是說道：「先等等！這些行星多大啊？」「還真挺小的。」「這些行星是不是集中在同一片區域啊？他們的軌道是不是重合在一起啊？」「是啊。」「這些行星到底有多小啊？」「比我們之前發現過的最小的行星還要小得多，直徑只有幾百英里。」興許這些天體並不是行星呢？興許我們在太陽系裡發現了自成一類的全新天體呢？六十年後人們才意識到，1801年的發現實際上是一片新區域當中最明亮的天體。這片區域被人們稱作小行星帶。現在我們已經辨識了小行星帶當中的上百顆小行星，其中還有一顆是以我的名字命名的。在我同意他們使用我的名字之前，我再三確認了這顆小行星不會飛向地球（笑聲）。你們記不記得《辛普森一家》當中有一集說的是一顆彗星即將飛向地球，結果當地人把發現這顆彗星的天文台放火燒掉了？這就是科學素質低下的惡果。

與此同時人們還在尋找X行星。隨著十九世紀即將結束，又出了一位富有的天文學家帕西瓦爾.羅威爾。他很聰明，甚至有點脫線，研究宇宙的態度非常狂熱。他在亞利桑那州買下了一座山，修建了自己的天文台。這座天文台的周邊環境很理想。濕氣對觀測天文很不利，所以他來到了沙漠深處。在這裡他開始了現代世界針對X行星的搜尋工作。他擁有當時最精確的X行星估算區域，當時最好的天文望遠鏡，最好的觀測條件。他將望遠鏡指向估算區域，什麼都沒找到。他的狂熱絲毫未減，以至於在去世之前專門僱傭了其他人來繼續他的搜尋工作。他的繼任者名叫克萊德.湯博，時年二十四歲，來自中西部，是個從小務農的業餘天文愛好者。他沒有進行點對點的搜索，而是系統性地掃描了一片天空。要想確定新行星的存在，一張照片是不夠的，至少需要兩張。因為照片背景的星星不會移動，唯一移動的就是新行星。就這樣系統性地搜索了一番之後，他還真找著了X行星，時間是1930年。人們都很興奮。他們知道這顆行星的質量至少應該與海王星差不多，唯此才能按照目前觀測到的方式來影響海王星的運行。你去看看當時的課本，第九大行星冥王星可是由美國人發現的。美國人以前還從沒發現過新行星呢。

那麼冥王星有多大呢？至少也得和海王星一樣大。不過再仔細看看，人們發現冥王星其實沒那麼大。有海王星的一半大嗎？還要小一點。有地球這麼大嗎？還要小一點。隨著時間推移，我們對於冥王星尺寸的判斷也越來越小。到了七十年代，我們終於確定太陽系中有七顆衛星的尺寸都比冥王星更大。如果把冥王星放在地球上，直徑大概就是紐約到科羅拉多之間的距離。這可不是大家都在尋找的X行星。當然這種事怪不得冥王星，是我們的期望值太高了。冥王星尺寸的一再下降傷透了很多人的心，以至於在七十年代末有兩個人合作發表了一篇論文，題目就是《論冥王星即將消失的結局》（笑聲）。他們寫了一個函數公式，指出按照當前冥王星尺寸的縮減速率，到1984年冥王星就不存在了。這篇論文當然只是遊戲文字而已，但是人們依然憂心忡忡。

與此同時，美國各地的小學生們依然知道太陽系有九大行星，也知道關於太陽系的最重要科學知識就是牢記九大行星的名字。小學課本自然寫的很淺：土星有環，木星有斑，也就這樣了。因此小學生不會抱怨自己對於太陽系的了解僅限於九大行星的名字以及它們距離太陽的排序。

那麼X行星在哪裡呢？事實證明X行星並不存在，只是個幻影而已。鑒於克萊德.湯博是美國人，因此儘管其他國家的人們都不關心冥王星，或者說並不比關心其他八大行星更關心冥王星，美國人卻很關心冥王星，而且確實比關心其他八大行星乃至任何其他天體更關心冥王星。為啥呢？我倒是有個理論。因為冥王星最小最可愛嗎？你根本不知道冥王星有多大，冥王星就是夜空中的一個點而已。太陽系裡有的是比冥王星更小的天體。小行星不算，火星有兩顆衛星的尺寸都比冥王星更小，以至於自身引力太弱，無法成為球形，而是土豆的形狀。我覺得這還挺可愛的，可是誰也不會愛上火衛一與火衛二。我的理論——或者說假設——是這樣的：沃爾特.迪士尼在發現冥王星（Pluto）的1930年推出了與冥王星同名的卡通角色普路托。因此無數美國人都下意識地將宇宙天體與卡通角色聯繫在了一起。你最早學到九大行星就是在小學裡，一般小朋友在上小學的時候也會看動畫片。這時候你很有可能還沒接觸過羅馬神話。因此當老師說「同學們，以下是按照與太陽距離遠近排序的九大行星」的時候，你聽到水星的名字並不會有什麼感覺，你並不會想到腳上長翅膀的神使。「水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星……冥王星/普路托？！」這下你突然來了精神，因為你很了解小狗普路托。小學教室就這樣創造了天體與卡通之間的羈絆，這份羈絆將會伴隨你直到生命終了（笑聲）。

2000年，耗資兩億三千萬美元的羅斯地球與太空研究中心在紐約開門，我們趁機回顧了一下太陽系研究的趨勢。姑且不考慮冥王星的尺寸多麼小，因為假如你計算一下的話，木星與地球的尺寸比例差異遠大於地球與冥王星的尺寸比例差異。假如我們都是木星人，那麼太陽系總共只有四大行星：木星、土星、天王星、海王星。像什麼地球之類的其他天體都是渣渣。所以我不會拿著尺寸來擠兌冥王星。我的問題在另外的方面。九十年代我們為了興建價值兩億美元的羅斯中心天文博物館而做研究的時候，位於夏威夷的全世界最大天文望遠鏡發現太陽系外緣存在很多冰質天體。這批天體的尺寸與冥王星相仿。它們的質地與冥王星類似，以冰為主。它們的軌道與冥王星一樣奇怪。冥王星軌道是明顯的橢圓形，而且還與黃道平面形成了17度夾角。與之最接近的是水星，與黃道平面有8度夾角。因此冥王星的軌道比其他行星更扁，運行平面比其他行星更傾斜，冰比其他行星更多。因此我們心想：「興許冥王星並不是第九大行星呢？興許冥王星是最先得到發現的另一類全新天體呢？」這種事以前也有過的。穀神星就曾經被當成新的行星。順帶一提，我有一本當年我們還將小行星當成行星時期的天文學書籍，上面赫然寫著太陽系有十三大行星。這本書出版於1830年。

現在我們似乎又走上了老路：我們發現了冥王星，大家都很興奮，我們將冥王星評級成為行星，然後又發現冥王星拖拉著一大堆親戚。我們即將花費兩億美元修建一座全新的天文博物館，不希望開張之後幾個月就不得不更換展品。所以我們決定還是將冥王星與其他冰質天體歸為一類比較妥當。我們將氣體巨行星分為一組：木星、土星、天王星、海王星。岩石行星分為一組：水星、金星、地球、火星。我們沒有重新定義行星，我們沒有將冥王星開除出太陽系——儘管一年之後《紐約時報》聲稱我們就是這麼做的。2001年1月22日，頭版倒頭條：《冥王星不再是行星？僅僅在紐約！》（笑聲）那天之後我的郵箱就遭到了無情轟炸，全國各地的三年級小學生向我寄來了無數仇恨信件（笑聲），同行們對我怒目相向，中學老師抱怨說我糟蹋了他們的備課計劃。我就這樣被打上了公眾敵人的烙印，就因為我主張不妨重新思考一下冥王星在太陽系裡的定位問題。這事甚至都不是我一個人搞出來的，我還有一幫同事呢。

我有一份當天《紐約時報》頭版的複製品。順便說一句，2001年1月22日是個什麼日子呢？兩天之前小布希剛剛當選總統，佛羅里達州還在統計存疑選票的數量。你可能會以為這幾天的頭版都會充滿關於權力移交的新聞。頭版頭條：《布希入駐橢圓辦公室》。頭版邊欄：《教皇任命537名紅衣主教》。接下來是《美官員稱伊拉克重建武器工廠》。最後是折線下方的頭版倒頭條：《冥王星不再是行星？僅僅在紐約！》。其他版面上還有後續內容。從這天以後我就掉進火坑裡了。

儘管我對於看待太陽系的方式具有十分強烈的個人觀點，但是在《冥王星檔案》一書中我把所有這些觀點都塞進了最後一章，算是我對學生、家長、教師或者好奇心旺盛的成年人們的一點建議。書中的剩餘內容則是其他所有人對於冥王星降級事件的反應。海頓天文館是第一家提出要重新考慮冥王星地位的公共機構。六年之後，國際天文學聯合會成立了行星定義委員會，推出了評定行星的標準。自從古希臘人以來還從沒有人給行星下過明確定義，所以如今我們才有這麼多爭議。

行星共有三大標準，我們逐次檢查一下。第一：天體的形狀是不是圓形。冥王星確實是圓形的。冥王星的支持者們希望鑒定工作到此為止，這樣冥王星的行星地位就保住了。但是這麼說的話冥衛一也得算是行星，穀神星也得算是行星，各大行星的衛星也算是行星。這樣一來太陽系就有十八大行星了。……第二：是不是繞太陽公轉軌道上的最主要天體。冥王星確實是，冥衛一則不是。……第三：是否清除了公轉軌道上面的一切碎屑。這一點冥王星並沒有做到。我們早已在冥王星所在的區域發現了上千個其他冰質天體。順便說一句，太陽系理論家傑拉德.柯伊伯在二十世紀中期首先假設了這個區域的存在。既然海王星軌道以外尚未發現足夠大的引力來源來清理太陽系形成時期遺留下來的物質，那麼這些遺留物質現在依然應當存在於這一區域，主要是冰。情況確實如此，冥王星沒能清理掉這片區域里的冰質天體，第三個條件沒能滿足，不好意思了，不能將你評定成為行星，只能算是矮行星。

很多人對此都感到非常不爽。我倒覺得這不是降級，而是重新分類。好比說你開的是小型車，不能因此就說你開得不是真車了。現在互聯網上存在著所謂的冥王星地下抵抗組織，依然還在抵制這個結果。順便說一句，根據這三條標準，穀神星的地位從小行星提升到了矮行星。還有一項事實興許能讓冥王星感覺好一點：現在的分類體系當中又多了一類天體名叫類冥王星：形狀是圓形且軌道位於海王星之外的天體都是類冥王星。

我本人對於行星的定義其實沒有太強烈的個人看法。我更關心另外一點：無論你如何定義行星，起碼都應該承認這並不是關於某一個天體的最能令人產生興趣的信息。假如我告訴你我某顆恆星附近發現了一個新天體，你肯定會問我這個天體有多大，是氣態還是固態，有沒有光環，是否處於宜居區內，有沒有衛星，等等。「行星」這個詞其實並不太能幫助我們更好地理解這些天體。比如說有個書架，我會告訴你：「把書架上的百科全書拿來。」「把書架上的詞典拿來。」「把書架上的宣傳冊拿來。」「把書架上的平裝書拿來。」這些稱謂全都有著不同的意義。我不會說：「把書架上的木漿集合物拿來。」因為書架上全都是木漿集合物。這條指示對你一點用都沒有。因此在《冥王星檔案》的最後一章我著重闡述了這條道理。我鼓勵大家真正去了解我們已知的太陽系知識並且以此作為對話的基礎。我們不應當像小學生那樣滿足於背誦內容，而是要真正理解太陽系當中各種天體的形態、形狀與特質，這才稱得上是面向受眾的天文學啟蒙。