对于很多像我一样在 2006 年之前上小学的人来说,“太阳系有九大行星”是一个根深蒂固的常识。然而,2006 年国际天文学联合会的一纸决议,将冥王星从行星行列中除名,重新定义为“矮行星”。
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其实,关于冥王星身份的争论,从它 1930 年被发现的那一刻起,就从未停止过。这次“降级”并非一时冲动,而是人类对宇宙认知不断深化的必然结果。
1846 年,天文学家发现天王星的轨道存在无法解释的偏差。基于牛顿力学,亚当斯和勒维耶通过数学计算,精准预测并找到了海王星。这是理论物理学的伟大胜利。然而,天文学家很快发现,海王星的质量及其轨道偏差,并不能完全解释天王星的所有异常运动。甚至海王星自己的轨道似乎也受到了某种干扰。
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科学界理所当然地认为,海王星之外,一定还存在一颗未知的“第九大行星”,被称为“X 行星”。
从 19 世纪中叶到 20 世纪初,无数天文学家试图复制勒维耶的成功,但整整 50 年一无所获。直到 1929 年,美国亚利桑那州的罗威尔天文台迎来了一位名叫克莱德・汤博的年轻人。
汤博并非科班出身的数学家,而是一个家境贫寒、初中辍学务农的业余天文爱好者。20 岁那年,他拆解了家里的汽车和农具,自制了一架望远镜,并绘制了精美的火星与土星观测图。正是这份执着打动了罗威尔天文台。
汤博的工作极其枯燥,他使用“眨眼比较器”进行寻天观测。这种方法需要对同一片星空隔段时间拍摄两张照片,然后快速切换对比,寻找那些相对于恒星背景发生移动的微小光点。这是一项耗费眼力与体力的巨大工程。
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1930 年 2 月 10 日,功夫不负有心人。汤博在双子座附近的底片上,发现了一个正在移动的暗淡天体,其位置与预言中的“X 行星”高度吻合。1930 年 3 月 13 日,天文台正式宣布了这一发现。
这个新天体最终被命名为普鲁托,建议来自英国一位 11 岁的小女孩凯瑟琳・博尼。她认为这颗行星远离太阳,必定如地府般阴冷黑暗,用罗马神话中的冥王命名再合适不过。
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尽管冥王星坐上了“第九大行星”的宝座,但质疑声随之而来。
首先是轨道问题。太阳系其他八大行星的轨道基本处于同一平面,且接近圆形。而冥王星却是一个特立独行的“异类”,它的轨道与黄道面有 17 度的夹角,且是一个极度扁长的椭圆。它距离太阳最近时比海王星还近,最远时则达 71.4 亿公里。这种巨大的偏心率在行星家族中绝无仅有。
其次是体积与质量的缩水。发现之初,人们以为它和地球一样大。但随着观测深入,数据令人大跌眼镜。冥王星因为距离太远,反射的阳光微弱。它的直径仅有 2376 公里,比月球还要小。
最后是密度的真相。它的密度仅为 1.88 克/立方厘米,远低于地球和水星。这意味着它不是一颗岩石星球,而是由岩石和大量冰混合而成的“脏雪球”。更惊人的是,它的质量只有地球的 0.2%,甚至不到月球质量的五分之一。如果把地球比作西瓜,月球是鸡蛋,那冥王星充其量只是一颗葡萄。
1978 年,冥王星的卫星“卡戎”被发现,进一步动摇了冥王星的地位。卡戎的直径是冥王星的一半,质量是其八分之一。这种比例在太阳系中极其罕见,导致它们的质心位于冥王星之外,二者实际上是在互相绕转,且互相潮汐锁定,就像两个面对面跳华尔兹的舞伴,永远看不到对方的后脑勺。
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如果仅仅是小,冥王星或许还能勉强保住位置。但 2005 年,天文学家迈克尔・布朗在柯伊伯带发现了一颗比冥王星质量还大的天体,阋神星。
这就带来了一个逻辑死局,如果冥王星算行星,那阋神星必须算;随后发现的鸟神星、妊神星也得算。柯伊伯带中还有成千上万个类似天体,如果照单全收,太阳系的行星数量将变得混乱不堪。
为了终结混乱,2006 年 8 月,国际天文学联合会虽然遭到了部分反对,但仍投票通过了行星的三大定义:
- 必须绕太阳公转。
- 必须通过自身引力达到流体静力平衡(基本上是球体)。
- 必须能够清除轨道附近的其他天体(即在该轨道区域拥有绝对的主导引力)。
冥王星满足前两条,但倒在了第三条。它位于拥挤的柯伊伯带,质量太小,无法清空轨道上的其他小天体,甚至还受到海王星引力的影响。
因此,冥王星被正式降级为矮行星。
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就在冥王星被降级的同一年,NASA 的“新视野号”探测器发射升空。虽然任务首席研究员艾伦・斯特恩坚决反对降级决定,认为这削弱了探测的意义,但这艘携带了发现者克莱德・汤博 30 克骨灰的飞船,依然义无反顾地奔向了深空。
经过 9 年半的漫长飞行,2015 年 7 月 14 日,新视野号飞掠冥王星,揭开了这颗前行星的神秘面纱。
传回的照片震惊了世界:冥王星并非死寂的冰块,而是一个地质活动活跃的星球。
- 汤博区(冥王星之心):照片上最显眼的是一个巨大的心形区域。
- 斯普特尼克平原:位于“心”的左半部分,是一个宽达 1000 公里的巨大冰川,主要由氮冰、一氧化碳冰构成。这里没有陨石坑,说明地质年代非常年轻,冰川仍在缓慢流动。
- 希拉里山脉:高达 3500 米的山峰拔地而起,由坚硬如岩石的水冰构成。
- 地下海洋:科学家推测,在氮冰地壳与岩石内核之间,可能存在一个液态水构成的地下海洋,由放射性衰变的热量和冰层的保温作用维持。
此外,新视野号还拍摄到了冥王星稀薄的大气层。当它远离太阳时,大气会冻结成雪落下;当它靠近太阳时,冰层升华形成大气。在飞船回望的逆光照片中,冥王星被一圈幽蓝色的光环笼罩,美得令人窒息。
新视野号在飞越冥王星后,并未停下脚步。2019 年,它飞越了人类探测史上最远的天体,形状像雪人的柯伊伯带小天体“阿罗克斯”。目前,它正以此生不再回头的姿态飞向太阳系边缘,预计在 2030 年左右结束任务。
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冥王星失去了“行星”的虚名,但它赢得了人类前所未有的关注。从 1930 年那个模糊的光点,到 2015 年那颗有着“心脏”的复杂星球,冥王星见证了人类从地面观测到深空探测的技术飞跃。
无论我们如何定义它,是第九大行星,还是矮行星之首,它始终在那里,以它独有的冰冷与生机,诠释着宇宙的无穷奥秘。
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