书城科普行星与恒星
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第59章 冥王星被降级

近十几年来天文观测上的新发现和理论上的深入,使人们对太阳系的结构有了新的了解,而传统上将冥王星作为第九颗大行星的提法在专业领域和部分公众中受到越来越多的质疑,给如何在明确和一致的框架内处理新发现的若干太阳系天体的分类和命名带来了困难。2006年8月24日,在捷克首都布拉格举行的国际天文学联合会(IAU)第26届大会上,天文学家投票通过联合会决议,冥王星被开除出“行星”之列,而属于“矮行星”。冥王星依依不舍,终于走下了曾经风光无限的大行星的神坛。

国际天文学联合会决定行星和我们太阳系的其他天体按下述方法定义为3个不同的类别:①“行星”是一个具有如下性质的天体:位于围绕太阳的轨道上,有足够大的质量来克服固体应力已达到流体静力平衡的形状(近于球形),同时已经清空了其轨道附近的区域。因此太阳系的行星是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。②“矮行星”是一个具有如下性质的天体:位于围绕太阳的轨道上,有足够大的质量来克服固体应力达到流体静力平衡的形状(近于球形),还没有清空其轨道附近的区域,它同时很明确不是一颗卫星。③其他所有围绕太阳运动的不是卫星的天体应被统称为“太阳系小天体”。目前这些天体包括绝大多数的太阳系小行星,绝大多数的海外天体、彗星和其他小天体。根据上述定义,冥王星是一颗“矮行星”,并且被视为海王星外天体的一个新族的标志。

随着天文观测水平的提高,对冥王星的质疑也越来越多,其中主要的问题:①它的质量太小,质量仅为地球的0.003,不及月球的质量。②是它的轨道偏心率太大,远远大于其他八大行星。它的轨道倾角为17°,轨道一端高高地上翘,另一端则在黄道面之下。除了上述众所周知的问题,冥王星被降级最关键的是,到目前为止,我们知道冥王星并不像其他的八颗行星一样,在一个很简单、很单纯的轨道上绕太阳运动,在其轨道附近存在一大堆的小天体,这些天体我们称之为海王外天体,这些天体从1992年发现第一颗开始,到目前为止,在这个带上发现接近冥王星大小的已达1000多颗。现在推断在其轨道附近,和冥王星一起绕太阳转的直径大于100千米的天体达10万颗左右,很像小行星带的情形。这么多小天体和冥王星一起在一个轨道运动,冥王星仅仅是最早被发现的,而且它也不是最大的。

人类对宇宙的探索是永无止境的,随着科学技术水平的不断提高,人类对宇宙的认识还会不断加深,这就难免会推翻一些以前被公众所广为接受的“真理”。此次将冥王星“降级”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。

认识冥王星

冥王星直径只有2320千米,比月球、木卫三、土卫六都小。冥王星也很暗,它的视星等是15.12等。

冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其他行星大。冥王星在近日点附近时,比海王星离太阳还近,这时海王星成了离太阳最远的行星。冥王星绕太阳的公转周期约为248年,从发现至今只走了1/5圈。冥王星、海王星和天王星的公转周期存在近通约性,在大约500年中,冥王星公转2圈,海王星公转3圈,天王星公转6圈。每隔一定时间它们就会彼此接近。虽然在黄道投影图上冥王星轨道与海王星轨道交叉,但由于这两个轨道平面并不相合,所以即使在交叉点附近它们之间的距离还是很大的。冥王星的自转周期是6.3872天,自转方向与公转方向相反,由东向西,它也是太阳系家族的一个“逆子”。根据冥王星卫星的资料估算出冥王星自转轴与公转轴交角大于60°,因而是侧向自转,与天王星相似。冥王星发现后不久,就发觉它的亮度有些变化,但限于当时的技术水平,不能进行准确的测量。

到了20世纪50年代,用光电方法测出它的亮度有6天多的周期性变化。1971~1973年又做了准确的测量,得出亮度变幅为0.22个等星,变化周期为6天9小时17分。这种亮度变化可用它表面反射太阳光不均匀和自转解释。

根据过去冥王星对天王星和海王星轨道的摄动来推算冥王星的质量,结果很不准确。1971年以前所定的质量值是0.8地球质量,1971年重定为0.11地球质量,直到1978年发现冥王星卫星后,才准确定出冥王星的质量值为0.0024地球质量(1.43×1025),这不仅比水星质量小,甚至比月球质量还小,但仍比小行星的质量大。冥王星的视角径太小,根据亮度和距离估计出直径下限为2000千米。目前公认值是2400~2900千米,常采用2700千米。根据冥王星的质量和直径可以算出平均密度,用1978年的质量值算出的密度约为1.5克/厘米3,这与天王星、海王星的密度相近,它们应当有相似的化学组成和性质。冥王星离太阳太远,接受的太阳辐射少,估计其日照表面的温度为50开左右,背面为20开左右。在如此低温下,绝大部分物质已凝结为固态或液态,只有氢、氦、氖还可能是气态。1988年6月9日的一次冥王星掩星观测,发现冥王星存在大气层,它分为两层,外层透明,内层不透明。冥王星大气层的发现曾在国际上引起震动,被视为20世纪80年代太阳系重大发现之一。冥王星光谱的特征与太阳相同,略红,并有甲烷的特征谱线,表明冥王星表面可能有一层甲烷冰。

1978年,美国天文学家克里斯蒂在研究冥王星的照片时发现了冥王星的卫星。1994年,由哈勃空间望远镜的观测结果证实,冥王星确有卫星。冥卫的质量约为冥王星的1/10,直径则为冥王星的1/2以上,距冥王星仅1.9万千米。据此,有人将这两个天体视为“双行星”。冥卫是迄今所知太阳系内大行星唯一的天然同步卫星,它绕冥王星旋转的周期与冥王星的自转周期相同,更有趣的是,冥卫星的自转周期也与之相同。这种“三重同步”现象在太阳系中是独一无二的。