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国际天文联合会的行星定义

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以欧拉图表示太阳系内天体的种类
欧拉图表示太阳系内天体的种类

在2006年,国际天文联合会为行星下了定义,太阳系内的天体要成为行星的资格是:

  1. 轨道是环绕著太阳
  2. 有足够的质量能维持流体静力平衡(接近球体的形状);
  3. 能清除“相似轨道上”的其它天体。

一颗不是卫星的天体如果只满足了前两个准则,将被分类为“矮行星”,根据国际天文联合会此一定义,“行星和矮行星是两种不同类的天体”;一颗不是卫星的天体如果只满足了第一条准则,它将被分类为“太阳系小天体”(SSSB)。初稿最初的规划是矮行星是行星下的一个子分类,但是因为这可能导致太阳系的行星增加成为几十颗,这份草稿被删除了。在2006年,它只添加了3颗矮行星(谷神星阋神星妊神星)和将冥王星重分类为矮行星。这个定义依然是有争议的,来自不同的各界和天文学家的声音有支持也有批判,但这个定义仍然在使用中。

依据这个定义,目前在太阳系内只有8颗行星和5颗矮行星。这个定义将行星和较小的天体区分开来,但在太阳系外不见得能够适用,因为还没有能力找到太阳系外较小的天体。太阳系外行星或系外行星,在2003年完整的行星定义草案的指导大纲中,还只是如何将它们从较大的矮星中区分出来。

辩论的原因

图中绘出了所有已知古柏带天体(绿色)和外行星(蓝色)的位置。
图中绘出了所有已知古柏带天体(绿色)和外行星(蓝色)的位置。

在20世纪早期的一些发现之前,天文学家并不需要行星真正的正式定义。当1930年发现了冥王星之际,天文学家认为太阳系有9颗行星和数千颗较小的天体,像是小行星和彗星,并且认为冥王星比水星大。

冥王星的卫星凯伦在1978年被发现,根本上改变了太阳系的面貌。经由测量凯伦的轨道周期,天文学家首次可以精确的测量出冥王星的质量,发现它比预期的小了许多[1]。冥王星质量大约只有水星的1/20,甚至比地球月球还要小,使它成为最远且最小的行星。但是它的质量依然是最大小行星谷神星的10倍以上。

天文学家在1990年代开始寻找比冥王星更远的其它天体,就是古柏带天体或是KBOs[2]。许多这种天体和冥王星分享关键性的轨道特征,现在称为冥族小天体(plutinos)。冥王星被视为这个新族群中最大的一颗,有些天文学家已经不再认为冥王星是行星[3]。冥王星的离心率和轨道倾斜不同于一般的行星,比较像是古柏带天体。纽约市地球与太空玫瑰中心的海顿天象馆于2000年重新开幕时,新的展示中就已经没有冥王星了[4]

从2000年开始,至少有3颗新发现天体(创神星赛德娜阋神星)的质量轨道都很大,显然天文学家不是将它们称为行星,就是要将冥王星重新分类。天文学家也知道还有更多比冥王星更大的天体将会被发现,行星的数量将会快速的成长;他们需要关注其它太阳系的行星该如何分类。2006年,2003 UB313的大小使问题呈现在天文学家面前,阋神星比冥王星稍微大了一些,所以该被认同为一颗行星[3]

相似的历史

对冥王星确实分类的回响和辩论,几乎与19世纪的谷神星于1801年1月1日被发现后就开始的如出一辄[3]。当时天文学家立即宣布这个小天体就是在火星和木星之间的“失踪行星”。不过在4年之内,他们又发现了2颗更小的天体有著相似的轨道,造成了他们的怀疑,并有了新的想法。到了1851年,被称为“行星”的天体已经增加为23颗,并且很明显的还有数百颗或更多的天体会被发现。天文学家于是对它们进行编目,并开始称它们是小行星,而不再是“行星”[5]

定义的历史记录

因为很少会发现新的行星,IAU就没有任何给行星的定义和命名的机制。在赛德娜发现之后,IAU在2005年成立了一个由19位委员组成的委员会,由以英国天文学家伊旺·威廉斯(Iwan Williams)担任主席,考虑为行星下个定义。它们建议可以从三个层面定义:

  1. 文化上:由足够多的人说它是行星;
  2. 构造上:行星必须够大可以成为球体;
  3. 动力学上:这颗天体要够大,足以清除其它的天体,使它们离开它的轨道[6]

另一个委员会,由天文学家兼历史学家的哈佛大学名誉教授欧文·金格瑞契(Owen Gingerich)担任主席领导的委员会,提出了一个原始的定义,并且由5位行星科学家和科学作家戴瓦·梭贝尔(Dava Sobel),提出了一份强而有力的建议书[7]

建议的草案

原本建议案会立即添加的3颗行星和地球的大小比较。最左边是阋神星、然后是凯伦、谷神星和地球。
原本建议案会立即添加的3颗行星和地球的大小比较。最左边是阋神星、然后是凯伦、谷神星和地球。

IAU在2006年8月16日发表了“原来”的定义[8],它的形式松散,由委员原本提出的三种层面中的第二项衍生出来的。它的内容是[8]

这个定义将导致三个天体被认可成为行星:

在这样的定义下,未来还有12颗天体等待著成为行星,而当前要务是改善对它们的物理性质的认识,就可以加入候选清单内。无论媒体如何报导,在第二张清单中的几个天体最终比其他天体更有可能成为行星[9]。这份建议并没有认定太阳系只有12颗行星,阋神星赛德娜的发现者米高·E·布朗声称在太阳系内至少还有53颗已经发现的天体符合这个定义,在完整的调查之后,数量可能会多达200颗以上[10]

定义也考虑到一对天体是否双行星系统,如果两个天体各自都符合行星的准则,共同系统的重心(也称为质心)位在这两个天体之外的空间,就是双行星[11]冥王星和凯伦将是太阳系内唯一已知的双行星。其它行星的卫星(例如,地球的月球)可能是流体静力平衡,但因为重心落在质量较大的天体(例如地球)之内,所以仍不会被界定为双行星。

依照原本的定义可能成为“行星候选者”的12颗小行星。
依照原本的定义可能成为“行星候选者”的12颗小行星。

“微小行星”(minor planet)这个名词被放弃,取而代之的是太阳系小天体 Small Solar System Body,SSSB)和一个新的分类“pluton”。前者是那些形状在“球体的”门槛之下的天体,后者将用于轨道有著高倾斜度、大的离心率,和周期超过200地球年的行星(也就是位于海王星轨道之外的行星)。冥王星将是这一个分类的原型,但是不需要国际天文联合会的官方正式分类,“矮行星”这个名词就足以描述在环绕太阳的轨道上,但质量小于8颗“传统行星”的这些天体[12]。在国际天文联合会的决议草案中没有对棕矮星和行星作出分辨的建议[13]。这个建议案被安排在2006年8月24日进行投票表决[9]

重新定义的“行星”这个名词,将导致一些海王星外天体的分类被改变: 妊神星鸟神星赛德娜夸欧尔创神星伐楼拿2002 TX300, 伊克西翁2002 AW197和小行星灶神星智神星健神星

8月18日,世界最大的行星科学家组成的国际专业团体美国天文学会的行星科学部门通过了草案的建议[14]

依据国际天文联合会的认知,一个天体要成为圆形至少要有5×1020公斤的质量,或是800公里的直径[12]。然而,米高·E·布朗声称这些数值只适用于岩石构成的天体,例如小行星;以冰为主的天体,像是古柏带的天体,在更小的尺寸上就可以达到流体静力平衡,或许只需要200至400公里的直径[15]。这一切取决于构成物体的物质的硬度,而这又会受到内部温度的影响。

延长赛

现有定义的议案受到许多天文学家的支持,因为它是以一个定性的物理量(物体呈现圆形)来定义外形。其他潜在的定义则取决于太阳系量身订做一个数量的限制(例如最小或最大值的轨道倾角)。国际天文联合会的成员认为这些定义不应该使用人为限制来决定一颗自然天体是不是行星[16]。它也有著观察本质上的优势,建议的标准包含构成的本质,当科学上的本质更了解时,会更容易接受是否是行星。

此外这样的定义认为冥王星依然是行星。冥王星的行星地位是很多天真的思考以及一般大众和专业天文学家之间的疏离造成的;1999年,为了统筹海王星外天体的目录,冥王星可能被降级,但媒体造成的骚动最后使议案胎死腹中[17]

批评

天文学家批评这个重新定义不够明确:天文学家菲尔·普莱特(Phil Plait)和国家科学教育中心(NCSF,National Center for Science Education)作家Nick Matzke两人写了关于它们认为这个新定义为何不好,及怎样才是好的定义[18][19]。它定义一颗行星是绕著恒星运转,这意味著任何一个从恒星系统抛射出来的行星,或在外面形成的(流浪行星)都可以是行星,即使它符合所有其它的定义。相似的情况也适用在“卫星”这个名词,当这类天体脱离环绕行星的轨道时,就不再是卫星了;而这种看法已经广泛的被接受。同样的,这个定义也无从区分行星和棕矮星,任何尝试澄清这两者的差异都要留待到以后。

它们也批评双行星的定义:目前月球被定义为地球的卫星,但随著时间的推移,地月系统的重心将向外漂移(参见潮汐加速),并且终将移到两著之外。这种发展届时将使月球被依照新的定义升级为行星。不过,所需要的时间将长达数十亿年之久,许多天文学家预期太阳已经成为红巨星,并且吞噬了地球和月球[20]

米高·布朗在2006年8月18日科学星期五的访问中质疑是否需要科学的定义。他说:“我喜欢用大陆这个词来作类比,你知道,大陆这个字从来没有科学上的定义…它们只是文化上的的定义,并且我认为,地质学家也会明智的让这个名词单独的存在,而不要尝试重新定义这个名词,使大陆有太严谨的定义[21]。”

8月18日,Owen Gingerich说他收到的信件,支持和反对这项个建议的正好是一半一半[22]

其它的建议

根据华盛顿卡内基学院的Alan Boss,国际天文联合会的一个分组在2006年8月18日就提案的草案举行一次麦秆投票:只有18人赞成,超过50人反对。这50多位反对者以乌拉圭天文学家Julio Ángel Fernández为首,推出了另外一个议案[22]

在这个定义下,当前太阳系的系统将继续维持不变,但是冥王星将会被调整成为矮行星

修订候选的议案

8月22日提出的草案将之前的草案修改了两点[24][25]。第一是不急著为新的行星分类订定名称(之前的草案使用“pluton”,在地质学上是深成岩体),名称的决定将要延后。许多地质学家对类冥王星行星的名称有所批评[26],“pluton”这个名词长久以来都在地质学中用来描述岩浆侵入,这种岩层在地质上是相当普遍的[27][28]。由于会造成和行星学有密切关系的地质学,在名词之间的混淆而被认为不可取[29]。有更多欧洲语系的国家关注进一步“pluton”这一个字,例如德国法国西班牙葡萄牙,“Pluton”本身就是冥王星的意思,有可能造成更大的混淆。

第二个变化是重新描述行星系统中双行星的定义。曾经涉及到极端的情况,一个双星系统的伴星有极大离心率的轨道,因此质心的位置会在主星的内部与外面漂移,导致伴星的身分是卫星或是伴星,取决于在轨道的哪个位置上[30]。因此必须重新考虑这种双行星系统存在的定义,如果在轨道的大多数时间内,质心不属于这两颗星的任何一颗的内部。稍后在8月22日,在两个公开举行的会议上,突然出现了违背行星基本定义,离经叛道的结果。天文学家Julio Ángel Fernández的主张占了上风,出席成员彼此之间的描述显示在8月24日不会改变其主张。这个新主张只有八大行星,导致冥王星归类为矮行星[31]。在第一次的会议上,讨论是热烈和生动的,IAU会员在口头上的异见分歧主要集中在统计动力学的物理上;主要的症结无关乎天体的轨道特征和定义的标准。在一次指标性的投票中,成员压倒性的排除了双行星系统和类冥王星天体(Pluto-like objects)的提案,并且有半数支持流体静力平衡的议题。这项辩论依然是开放的(不具约束力),在第二天依然有私下的会议对未来的议案进行表决[32]

在同一天的第二次会议,接下来的“秘密”协商,执行委员会明确的将系外行星排除在提案外,将关于其对附近的主导性标准纳入议题之后,一些妥协开始出现[33]

最后选出的提案

最后,在8月24日提出议案的三个选择是:

最后建议的图解。
最后建议的图解。

会员大会的辩论(Plenary session debate)

最后决议时的投票亦因为时间过于苍促而广受争议。整个会议为期十日,而投票却被安排在最后一日举行,当时有许多参加会议的天文学家已离开或准备离开布拉格。整个会议有超过2700人参加,但只有424人留到最后参与投票。参与投票的424人中,6a号决议以237票赞成、153票反对与30票弃权获通过,正式将冥王星自行星之列中除名,划为矮行星。但决议通过后美国有300位天文学家及学者以新标准不严格为由反对这决议,并展开“冥王星平反”运动,表示将在2007年IAU的例会上进行动议辩论。

最后决定

在2006年8月24日通过的行星重定义[34][35]方案中,行星需要完全符合下列的三项原则:

  • 围绕一颗恒星或者恒星遗迹公转。
  • 质量足够去产生一定的引力,能克服刚体力使自己保持接近球体的形状。
  • 能清除轨道附近的天体(使它们变成卫星,或围绕拉格朗日点公转)。

符合以上原则的指定天体有:水星金星地球火星木星土星天王星海王星共八颗。

如果不符合第三项原则,但不属于卫星的天体,则列入矮行星之列。当时有谷神星冥王星阋神星,之后又有鸟神星妊神星归属于矮行星。

目前还未通过凯伦为矮行星。凯伦仍被称为冥卫一,但是它的共同质心是在冥王星表面以外。因此有人认为凯伦和冥王星成一双行星系统。

而其他所有天体则列入“太阳系内小天体”,包括小行星带内绝大部分的小行星、彗星与海王星外天体(包括环绕著它们旋转的卫星)与各行星之天然卫星。

科学家的反应

曾担任IAU行星定义委员会委员的达娃·索贝尔(Dava Sobel)在她的著作《The Plants》中透露一段不为人知的往事。2006年8月底,约300名科学家参与一项签名运动,反对IAU的行星定义,认为IAU所谓的“大会”根本无法表达他们的意愿,又拒绝执行相关的定义。他们更质疑IAU是否有权对行星下定义[36]

新矮行星的次分类

IAU在2008年6月11日宣布了矮行星的次分类,将海王星之外的矮行星归属于类冥矮行星(Plutoid),包括冥王星妊神星鸟神星阋神星。IAU说[37]

参见

参考文献

  1. ^ Orbits and photometry of Pluto's satellites: Charon, S/2005 P1 and S/2005 P2 页面存档备份,存于互联网档案馆 Eliot F. Young, Leslie A. Young, and S. Alan Stern at Southwest Research Institute, Boulder, Colorado
  2. ^ Much Ado about Pluto 页面存档备份,存于互联网档案馆 plutopetition.com
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Gibor Basri, Michael E. Brown. Planetesimals to Brown Dwarfs: What is a Planet? (PDF). California Institute of Technology. [2008-08-04]. (原始内容 (PDF)存档于2008-07-04). 
  4. ^ Pluto at 75: Still Crazy After All These Years 页面存档备份,存于互联网档案馆 Space.com
  5. ^ Soter, Steven. What Is a Planet?. Scientific American. 2007, (1) [2010-08-01]. (原始内容存档于2007-10-13). 
  6. ^ Stephen Eales, Prospect, p.p.31-34 (May 2007)
  7. ^ Eales, op. cit.
  8. ^ 8.0 8.1 The IAU draft definition of "planet" and "plutons" (新闻稿). International Astronomical Union. 2006-08-16 [2008-08-16]. (原始内容存档于2011-07-26). 
  9. ^ 9.0 9.1 Gareth Cook. Nine no longer: Panel declares 12 planets. Boston Globe. 2006 [2006-08-16]. (原始内容存档于2006-08-21). 
  10. ^ Mike Brown. How Many Planets Are There?. CalTech. 2006 [2006-08-16]. (原始内容存档于2006-08-23). 
  11. ^ Robert Roy Britt. Nine Planets Become 12 with Controversial New Definition. Space.com. 2006 [2006-08-16]. (原始内容存档于2012-07-04). 
  12. ^ 12.0 12.1 Draft Resolution 5 for GA-XXVI: Definition of a Planet. International Astronomical Union. 2006 [2006-08-16]. (原始内容存档于2006-08-22). 
  13. ^ Planet Definition" Questions & Answers Sheet. International Astronomical Union. 2006 [2006-08-16]. (原始内容存档于2006-08-22). 
  14. ^ Planetary Scientists Support Proposed Redefinition Of A Planet. SpaceDaily. 2006 [2006-08-19]. (原始内容存档于2006-11-11). 
  15. ^ Mike Brown. New Planets. 2006 [2006-08-22]. (原始内容存档于2006-08-23). 
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  18. ^ Phil Plait. Congratulations! It's a planet!. Bad Astronomy. 2006 [2006-08-18]. (原始内容存档于2011-10-03). 
  19. ^ Nick Matzke. Wherein I argue emotionally about the definition of "planet". The Panda's Thumb. 2006 [2006-08-18]. (原始内容存档于2006-09-08). 
  20. ^ Robert Roy Britt. Earth's moon could become a planet. 2006 [2010-08-04]. (原始内容存档于2010-10-12). 
  21. ^ Ira Flatow and Mike Brown. Pluto's Planet Status / String Theory. Science Friday. National Public Radio. 2006-08-18 [2006-08-22]. (原始内容存档于2006-08-30). 
  22. ^ 22.0 22.1 Britt, Robert Roy. Pluto May Get Demoted After All. Space.com. 2006-08-18 [2006-08-24]. (原始内容存档于2006-08-23). 
  23. ^ Details Emerge on Plan to Demote Pluto. 2006 [2006-08-18]. 
  24. ^ Günther Wuchterl. The IAU Committee Presents Today in Prague the new Proposals for the Definition of Planet. 2006-08-22 [2008-08-04]. (原始内容存档于2008-04-21). 
  25. ^ Günther Wuchterl. The IAU's Definition of Planet developes further - Draft c. 2006-08-23 [2008-08-04]. (原始内容存档于2008-04-21). 
  26. ^ Star-gazers puzzled by Pluto. Independent Online. 2006 [2006-08-18]. (原始内容存档于2006-08-20). 
  27. ^ Geologists Force Astronomers To Rethink Pluto Plan. 2006 [2006-08-18]. (原始内容存档于2007-05-17). 
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  30. ^ Phil Plait. Congratulations! It's a planet! (blog). 2006-08-15 [2008-08-04]. (原始内容存档于2011-10-03). 
  31. ^ Overbye, Dennis. Pluto Seems Poised to Lose Its Planet Status. New York Times. 2006-08-22 [2010-10-25]. (原始内容存档于2009-04-24). 
  32. ^ Astronomers divided over 'planet' definition. Deutsche Presse-Agentur. 2006-08-22 [2010-10-25]. (原始内容存档于2006-08-30). 
  33. ^ Tresch Fienberg, Richard. "The Day We Lost Pluto". Sky & Telescope. 2006-08-22 [2010-10-25]. (原始内容存档于2009-01-07). 
  34. ^ IAU General Assembly Newspaper, 24 August 2006 (PDF). [2010-08-01]. (原始内容存档 (PDF)于2014-12-18). 
  35. ^ Definitions as voted on. [2010-08-01]. (原始内容存档于2016-03-13). 
  36. ^ Pluto should be reclassified as a planet, experts say. ScienceDaily. [2021-01-16]. (原始内容存档于2020-12-17) (英语). 
  37. ^ Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto (新闻稿). Paris: International Astronomical Union (News Release - IAU0804). 2008-06-11 [2008-06-11]. (原始内容存档于2008-06-13). 

外部链接

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