第十大行星

2003年10月，加州理工學院麥克·布朗教授領導的團隊觀測到了一顆位於太陽系外圍柯伊伯帶的天體。2005年1月，經過再次分析，布朗判斷該天體的體積比冥王星還大。是冥王星大小的1.5倍。布朗原本決定直到精確地計算出它的尺寸和軌道後再將發現「第十大行星」的消息告知於大眾。但2005年7月28日，另一個西班牙天文學家小組宣布在柯伊伯帶發現了高亮度的星體，同時布朗的小組發現保存研究資料的網站被黑客侵入。迫於無奈，布朗不得不在7月29日倉促發布消息。至此，全世界才認識了這顆被暫時命名為2003-UB313（齊娜）的新星。目錄1基本介紹 消息發布 行星信息 運行信息 發現過程 反對聲音 再見「塞德娜」2類地行星3冥王星4類木行星5外延1 基本介紹消息發布 網站被黑客入侵後，布朗迫於無奈，「拿起你們的筆，從今天開始改寫教科書。」行星信息 這顆被暫時命名為2003-UB313(波娜)的新星———它與太陽的最遠距離是冥王星的3倍，顏色灰暗，表面寒冷，軌道呈橢圓形，個頭卻比冥王星還大。 天文學家是通過2003-UB313的亮度，也就是它反射太陽光的多少，來判斷其尺寸的。天體的亮度除了與天體反射面積（意義等同於該星體的半徑/體積）有關，還受星球的表面材質（決定了星體表面的反照率）影響。例如，第4號小行星灶神星體積雖小，但反照率很高，因此有時甚至可用肉眼觀察到（亮度相當於6等星）。因此在確定其真實材質之前，科學家假設出不同的表面反照率模型，通過計算對該天體的大小進行了推測，結論是，它必定比冥王星大。從地球上觀測，這顆新星是柯伊伯帶中亮度第三的星體。如果按照100%反射光線，它的直徑也有2210公里。如果反射率為90%，直徑就達到2330公里，同直徑約為2400公里的冥王星相當。如果反射率為60%，直徑則為2860公里。若反射率與冥衛一類似（38%），直徑就為3550公里，是冥王星大小的1.5倍。運行信息 此外，2003-UB313的橢圓軌道也比冥王星更「扁」：其公轉周期長達560年，遠日點離太陽97天文單位（1天文單位約為1.5億公里，相當於太陽到地球的距離）；近日點卻只有38天文單位。軌道平面與地球等行星軌道平面的夾角達到近45.73度之大（冥王星與地球等八大行星的夾角為17.45 度）。科學家猜測，有可能是它屢次靠近海王星，運行軌道受到影響，以至於成了明顯的橢圓形。布朗說，正因為這些特性才導致2003-UB313時至今日才被人發現。 同冥王星一樣，2003-UB313也位於遙遠的柯伊伯帶（KuiperBelt）。1951年，天文學家柯伊伯提出，在太陽系外圍可能有一大群小天體繞太陽運行。1992年，天文學家在海王星以外發現了一個直徑200公里左右的暗淡天體，編號為1992-QB1，為柯伊伯的上述觀點提供了直接證據，「柯伊伯帶」從此不再只是假設，它位於海王星軌道以外，擁有幾萬個或可能更多天體，由冰和岩石組成。科學家相信，這些天體是早期太陽系中物質凝聚成各大行星的過程中剩下來的殘渣。發現過程 人們曾經認為，柯伊伯帶只有小行星和彗星出沒，但是被發現的大型柯伊伯帶天體（KBO）越來越多，體積的記錄也迅速被刷新。而布朗等人組成的研究小組就曾發現比冥衛一更大的「誇歐爾」（Quaoar），以及尺寸更大、曾被疑為第十行星的「塞德娜」（Sedna）。 他們終於發現了體積超過冥王星，可能成為太陽系第十大行星的2003-UB313.改寫教科書？ 對於2003-UB313的行星身份，布朗信心十足，他說：「我們有百分之百的信心確認，它是太陽系外圍發現的第一個比冥王星大的天體。如果冥王星能被接受為一顆行星，那麼2003-UB313更有資格。」反對聲音 而反對的聲音也在同一時間出現，有天文學家稱，如果2003-UB313算行星的話，那麼其他和它差不多大小的天體都應該被稱做行星，根據該邏輯，2003-UB313要排在一系列以前發現的「行星」——包括「塞德娜」之後，而不能稱為「第10大行星」。美國卡耐基學院行星組成理論家阿蘭·波斯稱，2003-UB313的發現是天文界的一大盛事，但他同樣認為不應該將它稱為一顆行星。 波斯稱，海王星軌道之外的天體，包括冥王星都應該被稱「柯伊伯帶行星」。波斯對記者表示：「將它們稱做行星的話，對太陽系中的其他大傢伙來說，顯然太不公平了。」 反對者還提出，2003-UB313軌道平面與即黃道面相交成45度角，其軌道為橢圓形，不符合太陽系共面性和近圓性的普遍規律。而且，布朗等人根據亮度估大小，再據大小估質量。但是真正要確定一個天體，要有精確的質量，才能算準軌道。 對於新星的身份，資助布朗研究的美國宇航局也在其網站上稱「第十顆行星被發現」。但是宇航局的官員說，決定2003-UB313是不是太陽系「第十大行星」不是美國宇航局的工作，這該是國際天文聯盟的責任。 那麼，「太陽系有九大行星」的說法是否真的會被重寫？全世界教科書上的內容需要更改嗎？至少，我們必須對太陽繫結構以及行星的概念進行重新研究。再見「塞德娜」 事實上，布朗和他領導的小組已經不是第一次對天文界提出難題了。2003年底，他的小組在距地球129億公里外，找到一顆紅色小行星2003-VB12.最初，布朗也一度提出它是太陽系的第十大行星，並依照因紐特神話傳說中海洋女神的名字，給它起名為「塞德娜」。 不過當確定其體積比冥王星小時，「塞德娜」加入太陽系行星家族的希望也破滅了。 「塞德娜」的主要成分是冰和岩石，其體積大小約為冥王星的四分之三。「塞德娜」也創造了整個太陽系的最冷紀錄：估計其溫度為零下240℃，同2003-UB313不相上下。它以一個較大的橢圓形軌道圍繞太陽運行。 有天文學家認為，「塞德娜」很可能是冥王星的同類，屬於起于海王星外、終結於冥王星外的冰石碎塊集中的柯伊伯帶。柯伊伯帶被認為是在太陽系誕生時遺留下來的，從1992年來人類已經發現了大約800個柯伊伯帶天體，其中有些天體的可預測軌道可以把它們帶到距太陽1500億公里處，這遠遠超過了 「塞德娜」的軌道。 由於其體積比冥王星小，「塞德娜」最終被正式歸類為「小行星」。在2003-UB313被發現之前，「塞德娜」一直是自1930年發現冥王星之後所發現的圍繞太陽運行的最大天體，比2002年發現的「誇瓦爾」（Quaoar）小行星還要大一些。布朗稱：「我們認為這只是太陽系最原始的天體之一。」他表示因為行星應當比同一區域內的其他天體體積更大，因此無法將「塞德娜」歸於行星一類，不過他堅信會在「塞德娜」附近發現更大的天體。 果然，比冥王星更大的柯伊伯帶天體2003-UB313的發現印證了他的預測。 在因紐特人傳說中，「塞德娜」是創造北極海洋生物的造物女神，生活在海底冰窟裡面，這與2003-VB12寒冷的表面很搭配。布朗說，他也已經為2003-UB313擬好了名字，正等待國際天文學聯合會批准，但是拒絕向公眾透露。按照國際慣例，如果2003-UB313真能算作「第十大行星」 的話，它將被賦予西方神話中諸神之一的名字。外界猜測，古希臘神話中冥王的妻子珀爾塞福涅的名字應該是首選，珀爾塞福涅一年只有六個月陪著冥王，另外半年留在人間；而2003－UB313在一個公轉周期內只有一半時間在冥王星附近，另一半時間很遠。2 類地行星 在太陽系小行星帶的內側，是四顆類地行星———水星、金星、地球和火星。它們由固態的岩石和金屬構成，體積較小，密度較高，自轉較慢，表面呈固態，沒有光環，衛星較少，約為4顆（UB313-A/UB313-B/UB313-C等）。水星 最靠近太陽，也是永久受害者，無法產生保護性的大氣層。因經常受到來自宇宙的撞擊，其表面日益坎坷不平。由於缺乏絕緣物，水星溫差極大，向陽面熾熱，背陽面寒冷。金星 金星的活火山具有補償大氣層的作用，然而在高溫下，水分蒸發殆盡。沒有水，金星就無法實現使碳回歸地殼的循環。二氧化碳濃度無休止地上升，導致了不可抑止的溫室效應。金星的溫度高得可將鐵熔化，無法孕育任何生物。不同於水星、火星和木星，金星是順時針自轉的，而且自轉一周需要約243天，所以在金星上看到的太陽是西升東落。地球 距離太陽的遠近適中，既可使水以液態存在，又能接受太陽溫暖的照射，因此具備生命存活所必須的平衡狀態。火山運動再造了大氣層，而水循環又使二氧化碳濃度得到控制。生物在消耗二氧化碳的同時也產生臭氧層來過濾太陽輻射。火星 試圖演變成一個包容生命的好客之家。最初取得了部分成功，表面有了海洋與河流，不幸的是由於質量太小，沒有足夠的引力固定大氣層。3 冥王星 當太陽系第十大行星難以出爐之時，冥王星佔據「第九大行星」的寶座也一直遭人詬病，還曾一度出現過讓大眾難以接受的傳言———天文界準備「廢黜」冥王星作為太陽系九大行星之一的地位。 20世紀初，在美國天文學家洛韋爾、湯姆勃等人的長期觀測下，人們終於在1930年2月18日找到了冥王星。冥王星的直徑、質量是行星中最小的，密度為每立方厘米1.8～2.12克，反射率為50%～60%，這同太陽系外部行星的幾顆大衛星很相似。 從75年前冥王星作為第9大行星被發現開始，天文學界就一直存在著一個相當大規模的群體，拒絕承認冥王星的「第九大行星」身份。和其他行星相比，冥王星更小，運行軌跡是橢圓而不是圓形，它軌道平面的角度也比其他行星的偏離了17度。因此，有天文學家認為，冥王星是天文觀測史上的一個意外事件，它不應該稱為行星。國際天文聯盟行星系統科學部主管威廉姆斯指出：「當年給冥王星確定行星地位，是因為據測算它的直徑接近15000公里，比地球還大 12%，如果按照這一數據考慮，它是太陽系的第五大行星，而不是第九大行星。」 1997年，冥王星的發現者湯姆勃去世後，一些天文學家建議國際天文聯盟「降級」冥王星地位的呼聲此起彼伏。1999年，冥王星將被剝奪行星地位的流言更是廣泛流傳。此消息一出，引起了天文愛好者的強烈反對，他們紛紛發表檄文，對這一說法表示不贊成。 威廉姆斯說：「冥王星是否是一顆真正的行星這一細節問題本來就不是問題，只有我們規範了行星的定義，這樣才能確定它的地位。但是，從歷史和文化的角度而言，大家還是希望冥王星仍然還是太陽系行星大家庭中的一員。」8個與23個的選擇 不論是冥王星是否該「降級」，還是「塞德娜」和2003-UB313的身份爭議，全球天文界爭論的焦點都是圍繞著「行星」的定義。 國際天文聯盟負責給地球之外的所有天體命名，但是對於行星的定義，該組織一直沒有定論。天文聯盟成員表示，該協會可能在短時間內拿出一份提議，平息關於行星定義之爭，但是，在協會內部也存在著分歧。樂觀的看法是，一個統一的定義會很快達成，但是大多數科學家認為，這遠沒有想像的簡單。 在行星的基本定義上，科學家們大致上認同這樣的說法：直接圍繞恆星運行的天體，由於自身重力作用具有球狀外形，但是也不能大到足夠讓其內部發生核子融合。 但是實際上，最終的定義會比這複雜得多，有的天文學家傾向於把太陽系外圍較小的天體稱作「矮行星」，而另外一些人則願意把它們叫做「小行星」，或者「柯伊伯帶行星」，還有一些人則根本不想用到行星這個詞。 如果2003-UB313被定義為一顆行星，那麼在其之前被發現的柯伊伯帶的其他星體也必須被認定為行星。這樣一來，按照排序，它就不是太陽系第十大行星，而是排得更靠後。 國際天文聯盟小行星中心的主管布賴恩·馬斯登認為，簡單的定義在理論上行得通，如果被採用，太陽系將擁有至少23顆行星。 但是在實際操作上，他還是傾向於冥王星發現之前的八大行星稱法，只有當發現比火星或地球更大的太陽系天體時才稱其為行星。 加利福尼亞州伯克利大學的吉博·巴斯利教授曾經提出過一個按照較小的直徑底限來定義行星的簡單定義，他認為，所有圍繞太陽旋轉，且直徑大於 700公里的物體都是行星。因為只有在700公里以上的物體才能通過重力將自身發展形成為一個球體。而小於這一數字的物體，如小行星和彗星，都是如馬鈴薯形狀的不規則物體。 但是，即使按照巴斯利的這一定義，就我們發現的天體而言，太陽系還是會有超過12個行星存在，原本失去機會的「塞德娜」也將入圍。「讓文化意義勝出」 面臨著天文學界的眾說紛紜，發現新天體2003-UB313的布朗則試圖把「行星」的定義引向文化上的泛意所指，而不是一個科技辭彙。 布朗認為，冥王星在當今文化上的作用難以取代。對於普通大眾，冥王星早已被視作行星，從小學課本到紀念郵票甚至到占星術，冥王星已經被公眾理所當然地接受。布朗承認，一些科學家為了保住冥王星的行星地位，千方百計地編造出各種理由，但是沒有一個能站得住腳。但他說：「當人們正等著迎接第十大行星時，天文學家突然宣布，太陽系有23顆行星。可能人們也難以接受。」 在研究小組的網站上，布朗說：「我們宣布新發現的比冥王星更大的天體，確實是顆行星———文化意義上的行星，歷史意義上的行星。我不會去爭論它是否在科學理論上是行星，因為現在還沒有適合太陽系和我們文化的科學定義，所以我決定讓文化意義勝出。」 不過更多的人還在等待國際天文聯盟的裁定。最後的定論可能至少還要等上一年，下一次的全體大會將於2006年8月在捷克首都布拉格舉行。可以預見的是，屆時關於行星的定義、冥王星的地位等一系列長期困擾天文學界的難題將再次浮出水面，成為各方爭論的焦點。關於行星的定義可能將在該協會的全體大會上投票決定。 但即使到那時，這一問題也不可能得到徹底的解決。不過，大多數天文學家都認同國際天文聯盟所做的努力。國際天文聯盟小行星中心的主管馬斯登認為，2003-UB313的發現「提供了解決行星之爭的最好機會」，人們會更進一步了解我們所處的星系，而對於天體的定義，或許科學、文化和歷史最終會找到一個折衷方案。 2006年8月24日，該行星經在布拉格舉行的國際天文聯合會(IAU)的討論，從九大行星行列中排除，正式降格為矮行星，第十大行星之爭就此落下帷幕。4 類木行星 火星之外是四個氣浪翻湧的行星———木星、土星、天王星和海王星。它們最顯著的一個共同之處就是體積都非常大。這幾個星球的基本元素有氫和氦，是太陽系中天氣最惡劣的星球。木星 體積相當於1316個地球，質量超過太陽系其他8大行星質量的總和。木星有濃密的大氣，而且層層壓縮，中心部位的氣體已被壓縮呈液態，其質量為地球的20多倍。土星 儘管土星是太陽系中第二大行星，重量卻是最輕的。它幾乎全部由氫氣構成。土星表面看似平靜，實際上在大氣層上部氫霧籠罩下的陣風以駭人的速度運動著。土星上的風力可達每小時1800公里。天王星 天王星的自轉遠遠偏離了軸線，看起來似乎是繞著邊緣在旋轉。最奇怪的是，它的南北磁極與地理上的南北極完全不同。天王星早期曾受到天體的撞擊，造成了行星的逆向自轉。海王星 海王星的內核比其他氣態星球含有更多的岩石，如果距太陽再近一些，它很可能會演變成類地行星。如木星一樣，海王星有一個和地球一般大小的風暴中心。海王星上大黑洞形成的風是太陽系中最猛烈的。5 外延 在4個類地行星和4個類木行星之外，是太陽系的第9個行星———冥王星，以及「塞德娜」、「誇瓦爾」等柯伊伯帶天體。關於這些星體的定義之爭一直存在至今。冥王星 九大行星中最小的一員，其運行軌道的偏心率卻是九大行星里最大的。冥王星繞日公轉時有一段軌道甚至位於海王星軌道以內。冥王星的體積小於地球和月亮，質量不足地球的千分之三。「塞德娜」 體積約為冥王星的四分之三，表面溫度為零下240℃。它以一個較大的橢圓形軌道圍繞太陽運行。柯伊伯帶 起于海王星外、終結於冥王星外的冰石碎塊集中帶，被認為是在太陽系誕生時遺留下來的。從1992年至今，人類已經發現了大約800個柯伊伯帶天體。"X"行星 一些天文學家一直堅信第10顆大行星的存在，因為這顆被稱為「X行星」的天體可用來解釋天王星和海王星繞日公轉軌道不規則的現象。 通過電腦模擬，科學家們計算出「X行星」的質量可能約是地球的2至5倍，它的軌道可能比冥王星的更傾斜，公轉一周將耗時一千多年。
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